JP2002513729A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 異なるガラス片(81,82)が互いに融着されて、特性が軸方向に変動するガラスファイバがそこから線引きされるプリフォーム(94)を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 関連出願 本出願は、1997年4月23日に出願された(1996年4月26日に出願された米国仮特
許出願第60/016435の特恵を主張する)米国特許出願第08/844,997号の一部継続
出願である。この出願はまた、1998年5月1日に出願された米国仮特許出願第60/0
83878号の特恵も主張する。
【0002】 背景 本発明は、長さに沿って意図的に変動する光学的特性を有する光ファイバを製
造する方法に関する。この方法は、分散マネジメント(DM)単一モード光導波
路ファイバの製造に有用である。
【0003】 単一モード光ファイバの潜在的に高い帯域幅は、全分散が動作波長でゼロに等
しいかゼロに近いようにシステム設計が最適化されている場合にのみ実現できる
。「分散」という用語は、パルスの広がりを称し、ps/nm−kmで表される
。「分散積」は、分散に長さを掛けたものであり、ps/nmで表される。
【0004】 遠距離通信網に多重チャンネル通信すなわち波長分割多重化を用いる場合、そ
のシステムは、四光波混合により性能の劣化を経験することがある。この性能劣
化は、1つの波長が、光伝送ファイバのゼロ分散波長またはその近くにあるとき
に生じる。このために、この非線形導波路効果から生じる信号劣化を最小にでき
る導波路ファイバ設計を探求する必要が生じた。再生器間の間隔が長いシステム
に必要とされる特徴を維持しながら、四光波混合を最小にするための導波路ファ
イバの設計にはジレンマがある。すなわち、四光波混合を実質的に除去するため
には、導波路分散が低い、すなわち、約0.5ps/nm−km未満であるときに
四光波混合が生じるので、前記導波路ファイバは全分散がゼロに近いときに動作
させるべきではない。一方で、その導波路ファイバの全分散がゼロであるところ
から離れた波長を有する信号は、全分散が存在するために劣化してしまう。
【0005】 このジレンマを克服するために提案されたある戦略は、その内のいくつかが正
の全分散を有し、その内のいくつかが負の全分散を有する撚られた導波路ファイ
バセグメントを用いたシステムを構築するものである。全てのケーブルセグメン
トの長さ重付き分散平均がゼロに近い場合には、再生器の間隔は広くても差し支
えない。しかしながら、信号は、局所分散がゼロに近い導波路を実質的に決して
通過しないので、四光波混合は妨げられる。
【0006】 この戦略に関する問題は、再生器間の各々のリンクが、必要とされる長さ重付
き分散平均を与えるように適応されていなければならないことである。ケーブル
プラントから設備までケーブルの分散同一性を維持することは、望ましくなく加
わった作業であり、かつエラーの源である。さらに、適切な分散だけでなく、そ
の分散を有するケーブルの適切な長さを提供する必要性により、製造の難しさが
増し、システムのコストが上昇することとなる。ケーブルを交換する必要性を考
慮した場合、さらなる問題が生じる。
【0007】 それらの問題は、ここに引用する、1996年1月11日に出願された米国特許出願
第08/584,868号(バークレイ(Berkley)等)に開示された光ファイバにより克服
される。バークレイ等の出願の教示によれば、各々個々のファイバは、自立分散
マネジメントシステムに製造される。予め選択された長さ重付き全分散平均、す
なわち、全分散積が各々の導波路ファイバに設計される。各々の導波路ファイバ
は、そのシステムリンクのために設計されたいかなる他の導波路ファイバとも相
互に交換可能である。したがって、撚られた導波路ファイバの全ては実質的に同
一の分散積特徴を有し、特定の組のケーブルをそのシステムの特定の部分に割り
当てる必要はない。四光波混合によるパワーの損失は実質的に除去されるかまた
は予め選択されたレベルまで減少させられ、一方で、全リンク分散は予め選択さ
れた値に維持され、この値は実質的にゼロに等しい値であってもよい。
【0008】 バークレイ等の特許出願によれば、DMファイバの分散は、導波路の長さに沿
って正の範囲の値と負の範囲の値との間で変動する。特定の長さ1の、ps/n
mで表される分散積は、積(Dps/nm−km×1km)である。正の数のp
s/nmは、等しい負の数のps/nmを相殺する。一般的に、長さIに関す
る分散は、Iに沿って地点から地点へと変動してもよい。すなわち、分散D は、所定の範囲の分散内にあるが、Iに沿って地点から地点へと変動してもよ
い。ps/nmで表される分散積へのIの寄与を表すために、Iは、関連す
る全分散Dがその範囲に亘り実質的に一定であるセグメントdIから構成さ
れる。次いで、積dI×Dの合計がIの分散積の寄与を特徴付ける。dI がゼロに近づく境界において、積dI×Dの合計は単に長さIに亘るd
×Dの積分であることに留意されたい。分散が下位長さIに亘り実質的
に一定である場合には、積の合計は単にI×Dである。
【0009】 導波路ファイバの長さ全体の分散は、積dI×Dの合計が、信号が多重化
されてもよい波長範囲に亘り予め選択された値と等しくなるように各々のセグメ
ントdIの分散Dを制御することによりマネジメントされる。再生器の間隔
が長い高レートシステムに関して、約1525nmから約1565nmまでの低減衰窓内
の波長範囲を都合よく選択してもよい。この場合には、DMファイバの分散積の
合計は、その波長範囲に亘りゼロを目標としなければならないであろう。D
大きさ(絶対値)は、四光波混合を実質的に妨げるために0.5ps/nm−km
より大きく、かつ導波路ファイバのパラメータにおける全体的に大きな振幅が要
求されないように約20ps/nm−km未満に保持される。
【0010】 所定の全分散が持続する長さは、一般的に約0.1kmよりも長い。この短い長
さ制限のために、パワーの損失が減少し(図5参照)、製造プロセスが単純にな
る。
【0011】 DM単一モード導波路の周期は、第1と第2の範囲が反対の符号である、第1
の範囲内にある全分散を有する第1に長さに、第2の範囲にある分散を有する第
2の長さと、分散が第1と第2の範囲の間に移行を形成する移行長さとを加えた
ものとして定義される。四光波混合および移行長さに亘り関連する任意のパワー
損失を避けるために、約0.5ps/nm−km未満の関連する全分散を有する移
行長さの部分をできるだけ短く維持することが都合よい。
【0012】 正分散の領域と負分散の領域との間の移行領域が長すぎる場合には、その移行
領域の中央部分の分散は、ファイバのある有限長さに亘りゼロに近くなる。これ
により、四光波混合のためにある程度のパワー損失が課せられる。移行領域が長
いほど、パワー損失が大きくなる。したがって、移行領域は、ファイバのパワー
損失により、そのシステムの全パワー損失が割り当てられたパワー損失の予定枠
を超えないほど十分に急であるべきである。好ましくは、ファイバの隣接区域間
の移行領域は、長さが、10メートル未満、より好ましくは、5メートル未満、最
も好ましくは3メートル未満である。
【0013】 DMファイバを製造するプロセスの重要な必要条件は、短い移行領域を形成で
きることである。さらに、DMファイバを製造するプロセスは、四光波混合に関
連しない過剰な損失をそれ自体誘導するものであるべきではない。また、そのプ
ロセスは、単純で、様々なファイバの設計および材料に関して実施できるほど十
分な順応性があるべきである。したがって、DMファイバは、異なる分散のファ
イバセクションを形成するセクションを含む線引きプリフォームまたは線引きブ
ランクを線引きすることにより形成される一体ファイバでなければならない。そ
のような一体ファイバは、各々のスプライスが追加の損失を導入するであろうか
ら、別々の線引きファイバセクションの間にスプライスを含んでいない。理想的
には、その一体ファイバの全減衰は、それが形成される連続して配置されたセク
ションの各々の重み付け減衰の混成物以下である。
【0014】 発明の概要 本発明のある態様は、光ファイバプリフォームを製造する方法に関する。手短
に言えば、その方法は、ガラスの交互の領域を互いに所望の関係に維持するため
に、装置に沿ってまたは装置内でガラスの交互の領域またはタブレットを配列す
る工程を含む。少なくとも1つのタブレットの少なくとも1つの光学的特性は、
隣接するタブレットのものとは異なる。本発明を用いて、例えば、1300nmほど
低い、および1620nmほど高い波長で有用なファイバを製造することができるが
、本発明は、1480nmより大きい波長、例えば、1550nmで交互のガラス領域の
内の1つが負の局部分散を含み、そのガラス領域の隣接する領域が正の局所分散
を含む1550nmの動作窓において交互の分散特性を有するファイバを形成するの
に特に都合よい。このことは、例えば、異なる組成またはコアの屈折率分布また
はドーパントレベルを有するガラスの交互の領域を組み立てることにより達成さ
れるであろう。次いで、これらの交互のガラス領域は、それらガラス領域を、該
ガラス領域が互いに融着し、プリフォームまたはプリフォーム用の前駆体に固結
されるのに十分な温度まで加熱することにより互いに融着される。このプリフォ
ームは、そこから光ファイバを線引きするのに用いることができる。
【0015】 ある実施の形態において、アライメント器具はガラス管であり、そのガラス管
中にタブレットが挿入される。そのタブレットは、例えば、所望のコアガラス材
料から構成され、前記管は、外側のコアガラス材料またはクラッド材料から構成
されていてもよい。あるいは、タブレットは、コア材料およびクラッド材料の両
方からなっていても差し支えない。
【0016】 別の実施の形態において、アライメント器具はガラス棒材であり、タブレット
は、その棒材に沿って所望の関係でアライメントされるであろうガラスの環また
はドーナツである。棒材は、例えば、コアガラス材料であり、ガラスドーナツは
、外側のコア材料またはクラッド材料から構成されていてもよい。好ましい実施
の形態において、一定の組成の内側コア領域の長さに沿って変動する外側のコア
領域の少なくとも一部を形成するのに、交互のドーナツまたは異なるドーパント
または組成レベルが用いられる。
【0017】 次いで、タブレットには、得られるアセンブリがタブレットを互いに融着する
のに十分な温度まで加熱される融着工程が施される。この融着工程の前に、タブ
レットには、好ましくは、タブレットが加熱され、純粋な塩素または希釈ガスと
混合された塩素のような洗浄ガスに露出される洗浄工程が施される。必要か所望
である場合には、タブレットを互いにボイドなく融着させるのを促進するために
、真空を施しても差し支えない。管内に配列されるタブレットを用いる実施の形
態において、このことは、管を真空にすることにより容易に達成されるであろう
。棒材に沿って配置される環を用いる実施の形態において、最初にCDV(化学
的気相成長)により追加の外側のガラススート層を施し、スートクラッドに固結
工程を施し、次いで、固結された外側のガラスを真空にすることにより、真空の
施用が促進されるであろう。固結工程はまた、アセンブリをタブレット上で潰し
、それに融着させる半径方向の内側に向けられた力を発生させのに役立ち、かつ
アセンブリを縦方向に収縮させ、それによって、隣接するタブレットが、互いに
向かって押しつけられ、互いに融着される。
【0018】 所望であれば、追加のガラス層を加えてもよい。好ましくは、CDV法を用い
て、これらの追加の層を堆積させる。その後、これらの層をガラスに固結させて
もよい。固結の前に、これらの追加の層に最初に、被覆されたアセンブリが、ク
ラッドガラス粒子の焼結温度未満の温度まで加熱され、中心線ガスが管を通って
流される洗浄工程を施す。この中心線ガスは、純粋な塩素および希釈ガスと混合
された塩素からなる群より選択される。その後、被覆アセンブリを加熱して、そ
のコーティングを焼結する。
【0019】 本発明のさらなる態様は、上述した方法から得られる一体(すなわち、互いに
スプライスされるファイバセクションから構成されていない)光ファイバに関す
る。このファイバは、各々のファイバセクションがガラスコアおよび外側のガラ
スクラッドを有する、複数の連続して配置された光ファイバセクションから構成
される。第1のファイバセクションのコアは、この第1のセクションに隣接する
各々のファイバセクションのコアとは異なる。第1のファイバセクションのクラ
ッドは、隣接するファイバセクションのクラッドと同一である。各々の2つの隣
接するファイバセクションの間には移行領域があり、その長さは好ましくは10メ
ートル未満である。
【0020】 発明の詳細な説明 分散マネジメントファイバの設計 DMファイバの全分散が、図1に導波路長さに対して示されている。全分散は
、正の値2と負の値4との間に交互に見られる。図1は、負の分散を示す複数の
小区分長さおよび正の分散を示す複数の小区分長さを表しているが、1つの負の
分散の小区分長さおよび1つの正の分散の小区分長さのみが必要とされる。線6
により表される全分散値における広がりは、全分散が、伝搬する光の波長により
変動することを示す。広がりの水平線6は、特定の光の波長に関する全分散を表
す。一般的に、特定の全分散により特徴付けられる導波路8の長さは、約0.1k
mよりも大きい。長さ×対応する全分散の積の合計が予め選択された値と等しい
という必要条件から推測されるであろう条件を除いて、長さ8には実質的に上限
がない。
【0021】 図2に示される全分散対波長のチャートは、DM単一モード導波路ファイバに
関する設計の検討事項を説明するのに役立つ。線10,12,14および16は、4つの個
々の導波路ファイバに関する全分散を示す。各々の導波路に関して検討される狭
い波長範囲、すなわち、約30nmに亘り、分散は、図示したように直線により近
似してもよい。多重化を行うべき波長範囲は、26から28までの範囲である。18か
ら20までの範囲にゼロ分散波長を有する任意の導波路セグメントを、22から24ま
での範囲にゼロ分散波長を有する導波路セグメントと組み合わせて、動作窓26か
ら28に亘り予め選択された全分散を有する導波路を形成してもよい。
【0022】 以下の実施例は図2に基づく。動作窓を1540nmから1565nmまでとみなす。
単一モード導波路ファイバが約0.08ps/nm2−kmの分散スロープを有する
ものとする。線30を0.5ps/nm−kmの値とし、線32を4ps/nm−kmの
値とする。動作窓内の全分散は約0.5から4ps/nm−kmの範囲になければな
らないという条件を与える。次いで、単純な直線計算により、1515nmから1534
nmまでのゼロ分散波長範囲18から20を得る。同様な計算により、1570nmから
1590nmまでのゼロ分散波長範囲22から24を得る。上述した範囲内にゼロ分散を
有する導波路ファイバセグメントの全分散を代数加算することにより、0.5から4
ps/nm−kmまでの間の全分散が得られる。
【0023】 図2において、正の分散スロープを有する導波路ファイバのみが示されている
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、正と負の分散の交互のセ
クションに加えて、本発明のある好ましい実施の形態においては、本発明のファ
イバは、負の分散スロープの区域とそれに隣接する正の分散スロープの区域とが
交互になるように構成されている。本発明のファイバはまた、異なる有効断面積
を有する交互のセクションから構成されてもよい。別の好ましい実施の形態にお
いて、ファイバは、隣接するセクションが、負の分散スロープを有する負の全分
散の区域と、正の分散スロープを有する正の全分散の区域とで交互になるように
構成されている。別の好ましい実施の形態において、ファイバは、隣接するセク
ションが、低いまたはゼロの分散スロープを有する負の全分散の区域と、低いま
たはゼロの分散スロープ、例えば、0.02ps/nm2−km未満、より好ましく
は、0.01ps/nm2−km未満の分散スロープを有する正の全分散の区域とで
交互になるように構成されている。
【0024】 DMファイバの設計は、チャンネルの周波数分離が200GHzである、8チャ
ンネルを有する120kmのリンクに関する入力パワーに対して記録されたパワー
損失を示す図3Aおよび3Bに見られるような通信システムの詳細に強く依存す
る。この場合、パワー損失は、主に四光波混合によるものである。図3Aの曲線
62は、約10dBmの入力パワーに関して1dBに近い損失まで急勾配で上昇して
いる。この損失は、10dBmの入力では約0.6dBである(曲線64)。両方の曲
線に関して、全分散の大きさは約0.5ps/nm−kmである。しかしながら、
急勾配の曲線62に関して、所定のサインの全分散に関する小区分長さは10kmで
ある。曲線64における対応する分散の小区分長さは60kmである。より短い10k
mの小区分長さの場合には、ゼロ分散による追加の移行により余分な損失が生じ
る。代わりのステートメントは、10kmの場合、振動小区分長さに比例する信号
の位相分離が、四光波混合を実質的に妨げるほど十分には大きくないことである
。「振動小区分長さ」は、ある周期の正または負の分散の小区分長さである。振
動小区分長さに関連するサインがない場合には、正と負の振動小区分長さは等し
いものとみなされる。
【0025】 しかしながら、全分散の大きさは、位相分離に、したがって、パワー損失に影
響も与える。図3Bの曲線66は、小区分長さが約1kmと短いが、全分散の大き
さが1.5ps/nm−kmであることを除いて、図3Aに示したものと同一のシ
ステムに関するパワー損失を示す。導波路の全分散で、正から負への振幅を広く
することにより、0.6dBから0.2dB未満へとパワー損失が著しく減少する。約
0.4dB/120kmの損失差は、特に500km以上の長い再生されないリンクに関
して、関数的(functional)リンクと非関数的リンクとの間の差であるほど十分に
大きい。
【0026】 図4は、図3Aおよび3Bと実質的に同様の様式で解釈される。曲線68は、全
分散の大きさに対して記録されたパワー損失を示す。導波路の小区分長さは、一
般的な用途において最短のケーブル長さが約2kmであるので、約1kmとして選
択される。ここでも、200GHzの周波数分離、120kmの全長、および10dBm
の入力パワーを有する8チャンネルがある。ここでも、パワー損失は、全分散の
大きさが約1.5ps/nm−km未満に低下したときに急勾配で上昇する。
【0027】 システム設計が、図5において別の観点で示されている。この場合、分散の大
きさが1.5ps/nm−kmに指定されている。曲線70は、200GHzの周波数分
離および10dBmの入力パワーを有する8チャンネルがあるシステムに関するパ
ワー損失対小区分長さの大きさを示す。この長さは、60の分散小区分長さである
ように選択され、この小区分長さは変動してもよい。小区分長さが2kmを超え
たときに、パワー損失がより低くなる。しかし、比較的全分散の大きさが大きい
場合には、2kmを超えて小区分長さを長くすることによってはほとんど得られ
ない。使用されるチャンネルの数が4まで減らされたときに、曲線72により示さ
れるように、一般的に低い四光波混合損失が得られることに留意されたい。
【0028】 別の設計の検討事項は、全分散がサインを変化させる移行長さの鋭さである。
ここでも、信号移送分離は移行長さにより影響を受ける。したがって、浅い移行
により、信号はゼロに近い全分散の導波路領域を伝搬し、このことは、四光波混
合により生じるパワー損失に悪影響を与える。
【0029】 以下の実施例は、移行長さのパワー損失への影響を示す。入力パワーは10dB
mとする。200GHzの周波数分離を有する4つのチャンネルが用いられる。全
分散の大きさは1.5ps/nm−kmであり、この全分散の振動小区分長さは2k
mとみなされる。図6において曲線74により示されるパワー損失対移行長さのグ
ラフは、より短い移行長さが好ましいことを示す。
【0030】ファイバの製造 非常に短い移行領域を製造する方法が図7および8に示されている。この方法
を実施するために、コアプリフォームは任意の既知のプロセスにより調製しても
差し支えないが、好ましくは、それらプリフォームは、ガラスがスート形態で堆
積され、その後、加熱され、ガラスに固結される化学的気相成長法(CVD)を
用いて製造される。任意のそのようなCVDプロセスを用いても差し支えないが
、コアプリフォームを製造するのに使用できる好ましいCVDプロセスは、外付
け溶着(OVD)、気相軸付け法(VAD)、コア層がガラス管の内側に形成さ
れる修正化学的気相成長法(MCVD)、および管内の反応がプラズマ誘発され
るプラズマ化学的気相成長法(PCVD)である。コアプリフォームはコアガラ
スから全体がなっていても、コア領域およびクラッドからなっていても差し支え
ない。
【0031】 クラッドを形成し、異なる光学的特徴を有する光ファイバに形成できる2つ以
上の円柱プリフォームを最初に形成する。ほとんどの用途にとって、2つの異な
る種類のコアプリフォームのみが必要とされる。2つのプリフォームは、図7お
よび8に示された実施の形態において用いられる。
【0032】 第1と第2のプリフォームは、それぞれ、タブレット81および82に切断される
。ここに用いたように、ガラスタブレットは、他のガラス成分領域と互いに組み
立てられて、少なくとも1つの光学的特徴または組成(ドーパントレベル)が互
いに異なるガラスの交互のセクションを形成する任意のガラス成分領域を意味す
る。
【0033】 タブレットの長さは、製造されるファイバの特定に種類に依存する。DMファ
イバを製造するプロセスにおいて、タブレット81および82の長さは、得られる光
ファイバにおいて所望の小区分長さが形成されるように選択される。タブレット
は、単純なスコア・アンド・スナップ(score and snap)法により製造することが
できる。代わりの実施の形態において、タブレットは、例えば、ダイアモンド研
磨材が装填されたホイールソウを用いることにより、所望の長さを有するタブレ
ットにのこ引きすることにより形成される。次いで、得られたタブレットの端部
は研磨される。図8に示した実施の形態において、タブレット81はコア領域83お
よびクラッド領域84を有し、タブレット82はコア領域85およびクラッド領域86を
有する。
【0034】 環状拡張部97を有する管状ガラスハンドル92を、引き延ばされたガラス管90の
一方端部に融着する。ハンドル92は、米国特許第5,180,410号に開示された種類
のボールジョイント型ガス供給システムの一部である。拡張部97は、固結路内で
ハンドル92を吊り下げる支持間(図示せず)のスロットが形成された基部上に引
っかかるように作られる。管90は加熱され、ハンドル92の近くに窪みが形成され
る。あるいは、管90に隣接するハンドル92のその部分に窪みを形成しても差し支
えない。管90およびハンド97を含むアセンブリは、旋盤(図示せず)中に挿入さ
れ、回転され、クラッドガラス粒子すなわちスートの層91を管90上に堆積させる
バーナ100に対して平行移動される(図9参照)。コーティング91は、得られた
プリフォームが固結され、所望の光学的特徴を有する光ファイバに線引きされる
のに十分な外径(OD)まで蓄積させることができる。層91は、図7に示したよ
うにハンドル92と重複しても差し支えない。
【0035】 管90は、ハンドル92に付着された端部が他方の端部よりも低くなるように向け
られ、タブレット81および82が管90の上側端部中に交互に挿入される。タブレッ
トは、窪み98を超えて落ちることはできない。管90は加熱され、窪み98とは反対
の端部近くに窪み99が形成される。管90を逆さにしたときに、窪み99がタブレッ
トがそこから落ちないようにする。
【0036】 ハンドル92は、アセンブリ94を固結炉のマッフル95中に挿入するために下げら
れる支持管(図示せず)から吊り下げられる。アセンブリ94が固結炉内で加熱さ
れている間に、乾燥ガスが、炉を通って上方に流れる(矢印93)。乾燥ガスは一
般的に、塩素とヘリウムのような不活性ガスとの混合物からなる。塩素含有ガス
流(矢印96)がハンドル92から管90中に流される。ガス流96はヘリウムのような
希釈物を含んでいても差し支えないが、洗浄目的のためには純粋な塩素が好まし
い。タブレット81および82の各々の直径は管90の内径よりもわずかに小さいので
、塩素は、各々のタブレットの全周囲の周りを下方に流れる。この塩素はまた、
隣接するタブレットの間にも流動または拡散する。次いで、塩素は管90の底部を
通って排出される。塩素は、高温化学洗浄剤として機能する。この高温塩素洗浄
工程中、その温度は、タブレット81および82と管90との間の間隔が、必要とされ
る洗浄を行うのに十分に長い時間に亘り開いたままとなるようにスートコーティ
ング91の固結温度よりも低い。塩素洗浄工程は、高温でより効果的である。低温
では、洗浄工程の期間が、その工程が商業目的のために望ましくないほど長すぎ
てしまうので、洗浄工程の温度は少なくとも1000℃であることが好ましい。明ら
かに、処理時間が関心事ではない場合には、より低い温度を用いても差し支えな
い。管90とタブレット81および82との間の高温塩素の流動は、それによって、隣
接するタブレットの表面および管とタブレットの表面が、それらの界面で種が形
成されずに互いに付着するので、非常に有益である。種には、得られた光ファイ
バにおいて減衰を生じることのある気泡や不純物のような欠点を含む。
【0037】 アセンブリ94を炉のマッフル中に下げながら、管90のその部分の壁がスート層
91の端部で潰れ、互いに融着し、それによって、中心線の塩素流動が中断される
。必要に応じての工程として、弁を切り換えて、管90内を真空に引いても差し支
えない。アセンブリ94が炉のマッフル中に移動し続けながら、最初にその先端が
、次いで、アセンブリの残りの部分が、コーティング91を焼結させるのに十分な
最大の炉の温度にさらされる。スートコーティング91は、焼結されながら半径方
向と長手方向の両方で収縮する。
【0038】 スートコーティング91が長手方向に収縮するときに、管90は長さが減少する。
これによって、隣接するタブレット81および82は、それらが焼結温度にさらされ
れている間に互いに押しつけられ、それによって、種を形成せずに互いに融着さ
れる。管90のこの長手方向の収縮なくして、隣接するタブレットは、低損失光フ
ァイバを形成するほど十分に融着されるようにはなることができない。
【0039】 スートコーティング91が半径方向に収縮するときに、管90に半径方向内側の力
が加えられる。これにより、管90がタブレット81および82に対して内側に押しつ
けられて、3つの領域81,90'および91'が完全に融着された融着アセンブリ98を
形成する(図10参照)。領域90'は潰された管であり、領域91'は焼結された多
孔質コーティングである。比較的低い密度のスートにより大きい内側に向けられ
た力が加えられるが、スートコーティングは、亀裂を避けるのに十分に密でなけ
ればならない。
【0040】 種のないプリフォームを生成するためのタブレットが充填されたオーバークラ
ッド管の固結は、重大な加工段階である。タブレットを種がない状態で互いに融
着するためには、管を通して塩素を流して、全ての表面を化学的に洗浄する必要
がある。ブランクチップが融着した後の真空にする工程は常に必要というもので
はないであろうが、この工程は、特に、隣接するガラス成分またはタブレット領
域の間の界面で、低減衰を有するファイバの形成を大幅に促進させるように思わ
れるので、多くの実施の形態において好ましい。
【0041】 融着されたアセンブリは固結炉から取り出す。融着アセンブリ98の領域90'お
よび91'は、得られる光ファイバのクラッドとして機能する。アセンブリ98は、
線引きブランクとして用いても、光ファイバに直接線引きされても差し支えない
。融着アセンブリ98には、必要に応じて、ファイバの線引き工程の前に、追加の
クラッドを設けても差し支えない。例えば、クラッドスートのコーティングを、
アセンブリ98上に堆積させ、次いで、固結させることができる。あるいは、アセ
ンブリ98をクラッドガラス管中に挿入しても差し支えない。追加のクラッドを加
えた場合には、タブレット81および82のコア領域の直径は、適切に調節すべきで
ある。
【0042】 コアケーンまたはタブレットをクラッドガラス管中に挿入する前にそれらを融
着させることと比較して、本発明の方法は実施するのが単純で、本発明により融
着を乾燥雰囲気内で行うことができる。この方法は、異なる直径の隣接するコア
ケーンが、多孔質ガラスコーティング91の焼結中に管90が内側に潰れるときに、
得られた線引きブランクの軸上で中心に置かれるという点で自己アライメントの
ものである。
【0043】 本発明の方法により、ファイバ特性の調整に新たな自由度がもたらされる。こ
の方法により、異なる特性の隣接領域または長さを有する光ファイバが形成され
る。非常に急な移行領域が隣接するファイバ長さを接続する。このファイバの減
衰は、標準的な遠距離通信用ファイバのものと同一、すなわち、0.25dB/km
未満、好ましくは、0.22dB/km未満である。
【0044】 図11に示した実施の形態において、窪み98および99が管90内に形成されてい
ない。ガラス毛管の短い長さ104が管90の一方の端部に融着され、ガラスハンド
ルが管90の反対の端部に融着されている。タブレット81および82は、ハンドルを
通して管90中に挿入される。その管は比較的小さい内径を有するので、タブレッ
トは管104を超えて落下することができない。このアセンブリが固結炉中に下げ
られて、焼結プロセスを開始するときに、管104は最初に融着されて、塩素流が
中断される。
【0045】 本発明において、これらのガラスタブレットは好ましくは、化学的気相成長法
を用いて形成される。したがって、ガラススートはCVDにより堆積され、その
後、このガラススートは、比較的ボイドのないガラスに固結される。次いで、得
られたガラスを、所望の組成、形状およびサイズを有するタブレット81および82
に切断し、所望なように管90の内部に組み込んでもよい。ガラスを形成するため
に化学的気相成長法を用いることにより、CVDスート堆積プロセス中に堆積さ
れるドーパントの量または種類を変更することによって、複雑な屈折率分布を有
するガラスタブレットを形成することができる。
【0046】 例えば、ちょうどここに説明した実施の形態において、タブレット81および82
は、異なる屈折率分布を有するように構成することができる。そのような好まし
い実施の形態の1つにおいて、タブレット81および82は、スート堆積工程または
その後のスートドーピング工程中に加えられるドーパントの量および種類が、特
に望ましい屈折率分布となるように選択されているOVD法を用いて形成された
ガラス棒材から作製される。次いで、得られたスートガラスプリフォームは加熱
され、ガラス棒材に固結される。
【0047】 ある実施の形態において、それぞれ、図14および15に示したものと同様の
屈折率分布を有するガラスタブレット81および82を組み立てる。その分布が図1
4に示されている第1の棒材は、軸から外側に説明すると、屈折率n1を有する
高屈折率中央コア領域と、それに続く、屈折率n1よりも小さく、純粋なSiO2 の屈折率よりも小さい屈折率n2を有するフッ素ドープ「堀」領域と、それに続
く、屈折率n1とn2の間にある屈折率n3を有する第3の領域とからなる屈折率
分布を有する。この後に、必要に応じて、実質的にSiO2からなるが、わずか
にアップドープ(up-doped)またはダウンドープ(down-doped)されていてもよいク
ラッド領域が続いてもよい。
【0048】 その分布が図15に示されている第2の棒材は、軸から外側に説明すると、屈
折率n1を有する高屈折率中央コア領域と、それに続く、SiO2の屈折率以上の
屈折率n2を有する「堀」領域と、それに続く、屈折率n1とn2の間にある屈折
率n3を有する第3の領域とからなる屈折率分布を有する。この後に、必要に応
じて、実質的にSiO2からなるが、わずかにアップドープまたはダウンドープ
されていてもよいクラッド領域が続いてもよい。
【0049】 次いで、円柱形状のガラスタブレット81は第1の棒材から切断され、円柱形状
のガラスタブレット82は第2の棒材から切断される。次いで、それぞれ、図14
および15に示された屈折率分布を有するタブレット81および82を、上述したよ
うに交互の様式で管90中に挿入してもよい。この実施の形態は、正のスロープ(
対波長)を有する正の全分散のおよび負のスロープを有する負の全分散を交互に
持つファイバを形成するのに特に有用である。ゼロ分散波長ではないがその近く
で動作させる場合、0.5dB/km未満の全減衰を示すそのようなファイバを構
成する。次いで、所望であれば、追加のクラッドが望ましい場合には、追加のガ
ラススート(ドープまたは未ドープ)を、管90とタブレット81および82とを含む
アセンブリ上に堆積させても差し支えない。
【0050】 代わりの実施の形態において、図17および18に示したものに類似した屈折
率分布を有するガラスタブレット81および82を構成する。その分布が図17に示
されている第1の棒材は、軸から外側に説明すると、屈折率n1を有する高屈折
率中央コア領域と、それに続く、屈折率n1未満の屈折率n2を有する屈折率の小
さい「堀」領域とからなる屈折率分布を有する。図示した実施の形態において、
第1の高屈折率領域は、GeO2がドープされたSiO2から構成され、屈折率の
小さい領域の小さい屈折率は、純粋なシリカの屈折率かまたはその辺りである。
この後に、必要に応じて、実質的にSiO2からなるが、わずかにアップドープ
またはダウンドープされていてもよいクラッド領域が続いてもよい。コア領域内
に屈折率の低い堀領域が存在することは、負の分散スロープを有する負の分散を
持つ領域を形成するために特に好ましい。
【0051】 第2の棒材は、図18に示したように、軸から外側に説明すると、屈折率n1
を有する高屈折率中央コア領域と、それに続く、SiO2以上の屈折率n2を有す
る屈折率の小さい領域とからなる屈折率分布を有する。図示した実施の形態にお
いて、第1の高屈折率領域は、GeO2がドープされたSiO2から構成され(も
ちろん、SiO2の屈折率よりも大きく屈折率を増加させるために選択された任
意の他のドーパントをGeO2の代わりに用いてもよい)、屈折率の小さい領域
もGeO2がドープされたSiO2から構成されるが、高屈折率領域より少ないド
ーパントがドープされている。図示した実施の形態において、タブレット81およ
び82を構成するために用いられるSiO2管90に対応する領域にはトラフが存
在する。このトラフ屈折率領域は、ファイバの性能に大きな影響を与えるとは予
測されていない。もちろん、所望であれば、第2の屈折率の小さい領域の屈折率
に適合するGeO2ドープSiO2管を用い、それによって、屈折率のトラフが形
成されるのを完全に避けても差し支えない。この後に、必要に応じて、実質的に
SiO2からなるが、わずかにアップドープまたはダウンドープされていてもよ
いクラッド領域が続いてもよい。
【0052】 次いで、円柱形状のガラスタブレット81は第1の棒材から切断され、円柱形状
のガラスタブレット82は第2の棒材から切断される。次いで、それぞれ、図17
および18に示された屈折率分布を有するタブレット81および82を、上述したよ
うに交互の様式で管90中に挿入してもよい。次いで、図17および18に示した
ように、管に、図18の第2の屈折率の小さい領域の屈折率に適合するGeO2
ドープSiO2の層でオーバークラッドする。このオーバークラッドは、ファイ
バのクラッド領域として機能する。
【0053】 この実施の形態は、正のスロープ(対波長)を有する正の全分散および負のス
ロープを有する負の全分散の交互のセクションを持つファイバを形成するのに特
に有用である。これは、高価なフッ素のドーピングを使用しないという点でも都
合よい。ゼロ分散波長ではないがその近くで動作させる場合、0.5dB/km未
満の全減衰を示すそのようなファイバを構成する。次いで、所望であれば、追加
のクラッドが望ましい場合には、追加のガラススート(ドープまたは未ドープ)
を、管90とタブレット81および82とを含むアセンブリ上に堆積させても差し支え
ない。
【0054】 もちろん、本発明は代わりの様式や追加の様式で実施することができる。例え
ば、タブレットを管中に挿入することよりもむしろ、環またはドーナツ形状のタ
ブレット81および82を用い、図16に示したように棒材112に沿って配置しても
差し支えない。例えば、直前に述べた実施の形態において形成されたものと同様
のファイバプリフォームを形成するために、管内に交互のガラスタブレット81お
よび82を組み込むことよりもむしろ、屈折率n1を有する1つのガラス棒材を用
いて、高屈折率中央コア領域(これは、例えば、GeドープSiO2であって差
し支えない)を形成することができる。このようにして、長手方向に沿って比較
的均一の連続組成を有する棒材を用いて高屈折率中央コア領域を形成し、ドーナ
ツを用いて、コア屈折率分布の外側のより低いすなわち異なるコア部分を形成し
てもよい。次いで、棒材112とドーナツ形状のタブレット81および82とを含む得
られたアセンブリを固結させおよび/または所望のようにCVDにより施用され
る追加のガラスを有しても差し支えない。
【0055】 代わりの実施の形態において、図19および20に示したもののような屈折率
分布を有するガラスタブレット81および82を形成する。この組合せは、例えば、
約125μmの直径を有し、約0.5%のデルタおよび約8μmに等しいコア直径を有
するセグメントと、それに続くデルタが同一であるがコアの直径が約4μmに等
しいセグメントとが交互になったステップ型設計のステップ型ファイバを形成す
るのに用いることができる。そのような設計により、それぞれ、負の大きさおよ
び正の大きさの大幅に異なる分散を有する交互のセクションが得られる。そのよ
うな分散マネジメントファイバは、上述したように、管内に2つの異なるコアケ
ーンのペレットを組み込むことにより製造できる。そのようなペレットは、ノコ
ギリを用いて薄切りまたは賽の目切りし、その後、火炎研磨または機械的研磨技
法を用いて研磨しても差し支えない。あるいは、この種のファイバは、ドーナツ
形状のタブレット81および82がコアケーン110上に組み立てられている、図16
に示したプロセスを用いて使用することができる。
【0056】 この場合、適切な直径の1つの連続コアケーンを用いて、ドーナツ形状のタブ
レット81および82を組み立てるのに用いてもよい。この実施の形態において、図
19および20に示した屈折率分布120を有するコアケーン110が、ブランクが完
全に組み立てられたときに、最終コアの一部を形成することになる。それぞれ(
ここでも図19および20に示した)、屈折率分布122および123を有するタブレ
ット81および82を、中央コアケーン110上にぴったりと適合する(好ましくは、
塩素のような洗浄ガスによる洗浄をできるほど十分な間隔が部材間にある)サイ
ズに賽の目に切断し、それらの上に組み立てて、DMファイバの交互のセクショ
ンを構成する。タブレット82はこの実施例においては純粋なシリカから作製され
る。このようにして組み立てられたブランクは、図19および20に示した分布
が交互になっており、それぞれ、負および正の大きさの幅広く異なる分散を有す
る交互のセクションが得られる。コアケーンをこのようにして組み立てた後、好
ましくは、さらにスートを堆積させて、プレドローブランクの外側のクラッド部
分を完成する。次いで、このブランクを固結させて、分散マネジメントファイバ
を製造するためのブランクを形成する。固結プロセス前またはその最中に、タブ
レット81および82とコア110とは、好ましくは、塩素を用いた洗浄工程にさらさ
れる。真空に引いて、タブレット81および82と中央コア110との半径方向の融着
並びに互いの長手方向の融着を完全にするように促進することができる。このア
センブリ/製造プロセスには多くの利点がある。第1に、コアの大部分が連続ケ
ーンから作製され、汚染物を与えるかもしれないタブレット形成プロセスには露
出されないことがある。第2に、ダイシングまたはのこ引き技法を用いて、タブ
レット81および82が薄くてもよい(例えば、1よりも大きい、より好ましくは5
より大きいドーナツまたは管の厚さに対するドーナツまたは管の外径のアスペク
ト比を有する)ことがある。これにより、小さな(例えば、5km未満、より好
ましくは2km未満、最も好ましくは1km未満)周期の分散マネジメントファ
イバを形成することができる。融着または固結の前の洗浄工程は、タブレット/
コア棒材アセンブリにおける表面間の汚染物を除去するのに、特に、研磨区域の
汚染物を除去するのに役立つ。さらに、これらのスリーブの付いたセクション上
のいずれの汚染物も、モード強度のより高いコア中央から離れている。別の利点
は、このプロセスを用いてより大きなコアケーンを作製できることである。また
、スリーブは、水噴射切断またはCO2レーザ切断のような非汚染プロセスによ
り切断できる。この手法の欠点の内の1つは、それらの設計が完全には任意では
あり得ないことである。代わりのセクションは、好ましくは、コアの中央部分に
おいて重大な分布の重複を有する。しかし、上述した概念の変更例を用いて様々
な分布を生成できるので、この制限は非常に重大というものではない。
【0057】 例えば、代わりの実施の形態において、それぞれ、図21および22に示した
もののような屈折率分布を有するガラスタブレット81および82を組み立てて、著
しく異なる分散を有する交互のセクションを形成する。この場合、中央の連続ケ
ーンはまだ約0.5%のデルタのステップ型分布を有する。上述したように、タブ
レット81は、図21に示すデルタ約0.5%の分布132を有して、約8μmの直径の
ステップ型コアおよび1300nmの窓におけるゼロ分散を有するファイバを生成す
る。タブレット82は、図22に示したような窪んだ屈折率分布131を有して、163
0nm辺りのゼロ分散および0.025ps/km.nm2の分散スロープを有するw
型分布が得られる。この単純な実施例は、大きく区別された正と負の分散の交互
のセクションを達成するだけでなく、1300-1620nm範囲の広い動作波長範囲に
有用であり、特に1550nm動作窓(例えば、1525-1565nm)において特に有用
な小さいスロープも有するようなこの手法の可能性を示す。
【0058】 さらに代わりの実施の形態としては、それぞれ、図23および24に示したも
のに類似の屈折率分布を有するガラスタブレット81および82を組み立てることが
挙げられる。この実施の形態において、2つの異なる三角形セグメントのコア設
計が用いられる。図23に示したドーナツ形状のタブレット81の屈折率分布136
により1300nmのゼロ分散波長が得られ、図24は、より長いゼロ分散波長設計
(例えば、1600以上)のものである。この実施例は、中央コアは共通しているが
、環の位置、そのデルタ、および幅が交互のセクションに関して異なっているこ
の製造手法の柔軟性を示す。この実施例はまた、中央コアケーンとスリーブとの
間の界面がプロセスの必要条件に基づいて設定できるこの開示の別の態様を示す
。例えば、ゲルマニアドープシリカによる環の位置近くに、図23および24に
示すように、シリカの堀区域に分離部があっても差し支えない。処理を容易にす
るため(種形成)、並びに熱老化を考慮して、この柔軟性は極めて有用である。
【0059】 本発明の別の変更例としては、図25および26に示したように、ドーナツ形
状のタブレット81の内側の周囲表面の周りの位置に切り込まれた軸方向の溝140
を有するドーナツ形状のセクション81を組み込むことがあげられる。この切込み
は、非汚染CO2レーザによる切断またはダイシングのこを用いて行うことがで
きる。あるいは、中央の連続コアケーンに溝を作製しても差し支えない。これら
のボイドのために、固結およびファイバの線引きは、好ましくは、特別な条件下
で行われる。例えば、線引きは、それらのボイドが線引き中に潰れないような十
分に低い温度で行うべきである。ボイドを有するセクションの分散値は、ボイド
のないセクションと比較して著しく異なるであろう。これらの切込みの断面を非
常に狭くかつ短くし、タブレットの長さを移行することにより、ボイドを潰さず
にそれらを線引きできるはずである。これにより、分散マネジメントファイバの
周期を極めて小さく、必要であれば約数メートルにすることができる。また、ボ
イド/切込みの方位の設計により、例えば、偏光制御のような他の関心のある特
性を、これらのファイバにおける分散マネジメントと組み合わせてもよい。
【0060】 もちろん、上述した実施の形態のプロセスの段階全てを、上述したのと正確に
同じ順番で行う必要はない。例えば、円柱タブレット81および82がガラス管90内
に挿入される上述した実施の形態において、所望であれば、クラッドガラス粒子
またはスートの層91を、タブレット81および82が管90上に挿入される前に、管90
上に堆積させてもよい。次いで、コーティング91を、固結と、所望の光学的特徴
を有する光ファイバへのファイバの線引き後に得られる任意の十分な外径まで再
度蓄積させてても差し支えない。この実施の形態において、管とスートとのアセ
ンブリは、好ましくは、タブレット81および82が管90内に挿入される前に固結さ
れる。この場合、スート層91および管90は、例えば、上述したような洗浄および
固結技法を使用することにより、洗浄され、固結されてもよい。あるいは、タブ
レット81および82は、得られたアセンブリが固結される前に、管90内に挿入して
もよい。好ましくは、上述したように、管90の一方の端部は閉じられ、管90の他
方の端部から真空に引かれる。この実施の形態により、タブレット81および82が
挿入されるシリカ管がより重い壁を有する。もちろん、比較的薄い壁の管から始
め、その上にスートを堆積することよりもむしろ、所望であれば、より厚い壁の
シリカ管を用いて、スート堆積工程を完全に排除してもよい。
【0061】 任意の固結工程またはタブレット81および82の管90内への融着の前に、好まし
くは、上述した洗浄操作を得られたアセンブリに施す。
【0062】 別の代わりに実施の形態において、上述したように、タブレット81および82を
再度シリカ管90内に挿入する。しかしながら、スート層91の堆積の前に、管90内
のタブレットを線引きする。これは、例えば、管90とタブレット81および82とか
らなるアセンブリを、管90内のタブレット81および82をモノリシックの種のない
プリフォームに固結し、融着するのに十分な温度に露出し、次いで、得られた前
駆体すなわちプリフォームをいくぶん薄い直径に線引きすることにより行っても
よい。次いで、得られた固結されたプリフォームに、所望であれば、オーバーク
ラッドして、プリフォームをファイバに線引きする前に、任意の特定の所望の量
の追加のガラスを堆積させてもよい。
【0063】DMファイバの形成 分散マネジメントファイバは、異なるゼロ分散波長を有する単一モード光ファ
イバを形成できるコアプリフォームから形成される。ある導波路長さの分散は、
寸法、屈折率、屈折率分布、または組成のような様々な導波路パラメータを変動
させることにより変更できる。多数の屈折率分布の任意のものにより、導波路分
散を調節し、それによって、全分散を変動させる必要な柔軟性が得られる。これ
らのことが、ここに引用する米国特許第4,715,679号(Bhagavatula)、並びに米
国特許出願第08/323,795号、同第08/287,262号、および同第08/378,780号に詳し
く論じられている。
【0064】 所定の波長でゼロ分散を有する光ファイバを形成するのに有用な屈折率分布の
種類の1つは、比較的高い屈折率の中央領域が、低下した屈折率の環状領域によ
り囲まれ、次いで、それが低下屈折率領域の屈折率よりも屈折率の高い外側環状
領域により囲まれたものである(図12参照)。別の実施の形態の屈折率分布(
図13参照)は、クラッドガラスの屈折率と実質的に等しい屈折率を有する実質
的に一定の屈折率の中央部分および増加した屈折率の隣接する環状領域を含む。
この種類の屈折率分布を有する光ファイバは、容易に製造できる。
【0065】 単純なDMファイバの屈折率分布はステップ型分布である。2つのコアプリフ
ォームが、一方のコア領域の半径が他方のものよりも大きい、同一のコアおよび
クラッド材料から形成することができる。線引きブランクは、第1の半径よりも
大きい第2のコア半径の長さ部分の間に散在した第1のコア半径の長さ部分を有
するファイバに線引きされる。所望の正から負の分散変動を生成するには、約5
%から25%のコアの直径差で十分である。5%から10%のコアの半径の変動範囲
が、一般的に、ほとんどの用途にとって十分である。
【0066】 以下の実施例は、1545-1555nmでゼロ分散を提供するのに適した単一モード
DMファイバの形成を説明するものである。2つの異なるコアプリフォームを、
ここに引用する米国特許第4,486,212号に開示されたものと同様な方法で作製し
た。手短に言えば、その特許の方法は、(a)ガラス粒子をマンドレル上に堆積さ
せて多孔質ガラスプリフォームを形成し、(b)マンドレルを取り外し、多孔質プ
リフォームを固結させて乾燥した焼結プリフォームを形成し、(c)焼結プリフォ
ームを引き延ばし、その中の軸方向の開口を閉じる各工程を含む。コアプリフォ
ームは、クラッドガラスの薄い層により囲まれたコアガラスの中央領域を含んだ
。両方のコアプリフォームは、図12に示した種類のコア屈折率分布を有した。
第1のコアプリフォームは、クラッドを設け、125μmの外径を有する単一モー
ドファイバに線引きされた場合、1520nmでゼロ分散を示すようなものであった
。第2のプリフォームは、同様に125μmの外径を有する単一モードファイバに
形成された場合、1570nmでゼロ分散を示すようなものであった。それらのコア
プリフォームを、7mmおよび7.1mmの直径まで引き延ばした。第1と第2の引
き延ばされたプリフォームに切れ目を入れ、折り、実質的に等しい長さのタブレ
ット81および82を形成した。タブレット81はコア領域83およびクラッド領域84を
有し、タブレット82はコア領域85およびクラッド領域86を有した。
【0067】 1メートルの長さのシリカ管90を用いた。この管は、7.5mmの内径および9m
mの外径を有した。図7に関して説明された技法を用いて、タブレット81および
82を管90内に装填した。コーティング91を、得られたプリフォームが固結され、
125μmの外径の単一モードファイバに線引きできるように十分な外径まで蓄積
させた。
【0068】 得られたアセンブリ94を固結炉内に吊り下げた。アセンブリ94を1rpmで回
転させながら、毎分5mmの速度で固結炉のマッフル95中に下降させた。50立方
センチメートル毎分の塩素および40標準リットル毎分(slpm)のヘリウムか
らなるガス混合物(矢印93)を、マッフルを通して上方に流した。0.3slpm
の塩素の中心線流をタブレット81および82の周りに下方に流し、管90の底部から
排出させた。固結炉内の最高温度は約1450℃であった。アセンブリ94を炉内に下
方に動かしながら、中心線の塩素流が、タブレット81および82の表面と、管90の
内面とを化学的に洗浄した。アセンブリ94を炉のマッフル中にさらに動かしなが
ら、タブレットより下にある管90の領域を融着させ、中心線の塩素流を遮断した
。次いで、弁(図示せず)を切り換えて、管90内を真空に引いた。アセンブリ94
は炉内への移動を続け、コーティング91を焼結させた。管90は、タブレット81お
よび82に対して内側に締め付けられ、ガラス部材の全ての接触表面が融着された
。スート91を焼結したときに、管90はより短くなり、種を含まない融着ジョイン
トが隣接するタブレット間に形成された。
【0069】 固結炉から取り出した後、このプロセスにより形成された線引きブランクを線
引きして、125μmの外径を有するDM光ファイバを形成した。このプロセスに
より作製された単一モードDM光ファイバは、不調なく線引きされた。減衰は一
般的に0.21dB/km以下である。これは、7mmのコアケーンの内の1つをオ
ーバークラッドすることにより形成されたプリフォームから線引きされた単一モ
ード分散シフト光ファイバにより示されたであろうものと同一の減衰である。
【0070】 ファイバ製造プロセスに用いた2つの異なる種類のタブレットを組み合わせて
、1545-1555nmのゼロ分散波長を提供した。ゼロ分散波長は、ファイバ中の各
々の種類のコアの全長により決定した。このファイバのゼロ分散波長は、ファイ
バの一方の端部で一部を切断し、したがって、ファイバ中の各々の種類のコアの
長さの比を変更することにより変えることができる。
【0071】 振動小区分長さおよび周期は、コアプリフォームのタブレットの長さにより調
節される。1.2から2.5kmの振動小区分長さを有するファイバを線引きした。
【0072】他のファイバの種類 本発明の方法は、DM単一モード光ファイバの製造に関して特別に説明してき
た。そのようなファイバの製造方法の説明が前述した特定の実施例において説明
されている。しかしながら、本発明の方法を用いて、ファイバの長手方向に沿っ
て体系的に変動する光学的特性を有する多くの他の種類の光ファイバを製造する
のに用いても差し支えない。各々の例において、そのファイバは、適切なタブレ
ットを管内に挿入し、その管を上述したように処理することにより製造すること
ができる。
【0073】 自発ブリリュアン散乱(SBS)は、Δが(n1 2−n2 2)/2n1 2(n1およ
びn2は、それぞれ、コアおよびクラッドの屈折率である)として定義されるΔ
の著しく異なる値を示す交互の長さ部分を有するファイバを提供することにより
最小にすることができる。ファイバプリフォームを製造するのに用いられるタブ
レットの種類の内の1つは所定のΔを示し、他の種類のタブレットは著しく異な
るΔ値を示す。ファイバのコアのΔ値は、コア中のドーパントの量を調節するこ
とにより、またはコアの組成を変更することにより、すなわち、コアに他のドー
パントを加えることにより、調節することができる。タンタル、アルミニウム、
ホウ素の酸化物を含む数多くのドーパントを、屈折率および粘度のような他の性
質を変更する目的に使用することができる。
【0074】 フィルタリング機能を提供するファイバは、フィルタリング機能を有する光フ
ァイバを形成できる複数のタブレットおよび標準的な非フィルタリング光ファイ
バを形成できる複数のタブレットを管内に交互に配置することにより製造するこ
とができる。
【0075】 タブレットは、等しいまたはほぼ等しい長さのものである必要はない。例えば
、ファイバは、そのコアが、適切な波長の光によりポンピングされたときに励起
光を発生できる活性ドーパントイオンがドープされた比較的短いセクションを含
んでも差し支えない。エルビウムのような希土類のドーパントイオンがこの目的
に特に適している。したがって、長手方向に沿って間隔が置かれて配置されたエ
ルビウムドープコアのセクションを有するファイバは、標準的なエルビウムを含
まないコアの比較的長いタブレットおよびエルビウムドープコアの比較的短いタ
ブレットを用いることにより製造しても差し支えない。
【0076】 ソリトンファイバにおいて用いられているもののようなコアのサイズが体系的
に減少しているファイバは、各々が、先のものよりも直径が小さいコアを有する
、または先のコアよりも直径が大きいコアを有する複数のタブレットを管内に挿
入することにより作製しても差し支えない。あるいは、分散に影響を与えるいく
つかの他のコア特徴を、得られたファイバの分散がファイバの一方の端部から他
方へと単調に減少するようにタブレット内で変動しても差し支えない。
【0077】 上述した実施例では、まったく異なる光学的性質を有するタブレットを交互に
配置している。ある実施の形態において、1つのコアプリフォームを用いて全て
のタブレットを形成することができる。1つのプリフォームは、そのコアが方位
的に非対称な屈折率分布を有するように形成される。例えば、そのコアは、わず
かに円形から外れていても差し支えない、すなわち、コアのコア断面形状が、長
軸と短軸を有する楕円形である(米国特許第5,149,349号を参照のこと)。ある
いは、ファイバは、米国特許第5,152,818号に開示されているように、コアの反
対側に応力棒材(stress rod)を含んでいても差し支えない。楕円形のコアファイ
バは以下のように製造することができる。タブレットはプリフォームから切除さ
れる。クラッドガラス管には、クラッドガラススートが設けられている。タブレ
ットは、クラッドガラス管に、1つのタブレットの楕円形コアの長軸が、隣接す
るタブレットのコアに長軸に対して回転されているように挿入される。クラッド
スートが固結され、タブレットが管と互いに融着された後、得られた線引きブラ
ンクが、低偏光モード分散を有するファイバに線引きされる。
【0078】 本発明の方法を用いて、波長分割多重化(WDM)システムのような通信用途
に適した、正と負の分散の交互のセクションを用いて分散マネジメントファイバ
を構成した。この場合、本発明は、蓄積分散を実質的にゼロに減少させるのに用
いることができる。同様に、正のスロープと負のスロープの分散の交互の領域を
有するファイバを構成した。
【0079】 ここに開示した方法を用いて、低損失分散マネジメントファイバを製造した。
低損失により、ファイバが、約1550nmの動作波長範囲に亘り、0.5dB/km
未満、より好ましくは、0.25dB/km未満、最も好ましくは、0.22dB/km
未満の減衰を有することを意味する。
【0080】 さらに、本発明による好ましいファイバは、その動作範囲(すなわち、ソース
波長範囲が、約1300nmから約1700nmまでの間、より好ましくは、約1500nm
から約1580nmまでの間、最も好ましくは、約1525nmから約1565nmまでの間
にある)が達成された単一モード光導波路ファイバである。これらのファイバは
、異なる光学的特徴を有する隣接区域間の界面で減衰を示さない。
【0081】 そのようなファイバ、並びにそれらの製造方法が、ここにそれらの明細書を引
用する、1997年4月23日に出願された米国特許出願第08/844,997号、1996年1月11
日に出願された同第08/423,656号にさらに開示されている。
【0082】 本発明を、説明を目的として詳細に記載してきたが、それらの詳細はその目的
のためのみであり、当業者により、特許請求の範囲により定義される本発明の精
神および範囲から逸脱せずに、そこに変更を行えることが理解されよう。
【0083】 例えば、図7において、説明されている方法では管90の外側にスート層を用い
ているが、スート層は随意的であり、この手法のいくつかの変更例を用いてもよ
い。例えば、ある実施例において、管90と、タブレット81および82とから構成さ
れる(スート層91を含まない)アセンブリを互いに融着し、管90よりも薄い直径
を有する融着モノリシックアセンブリに線引きする。次いで、この線引きされた
アセンブリを、所望により、ドープされていてもいなくてもよいガラススートに
より被覆してもよい。あるいは、この融着モノリシックアセンブリは、所望であ
れば、ファイバに直接線引きしてもよい。いずれの場合においても、融着工程中
に管90を真空に引くことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は導波路ファイバの長手方向に沿って変動する全分散を示す
【図2】 図2は、導波路ファイバのゼロ分散がどのように変動して導波路の全分散を所
定の導波路窓に亘り予め選択した範囲内に維持するかを示す
【図3A】 図3Aは、全分散の大きさが小さい特定の導波路の小区分長さ(sub-length)か
ら構成されるシステムに関するパワー損失対入力パワーを示すグラフである
【図3B】 図3Bは、全分散の大きさが大きい特定の導波路の小区分長さ(sub-length)か
ら構成されるシステムに関するパワー損失対入力パワーを示すグラフである
【図4】 図4は全分散対パワー損失のグラフである
【図5】 図5は分散変動周期長さ対パワー損失のグラフである
【図6】 図6は移行領域長さ対パワー損失のグラフである
【図7】 図7は、その隣接セクションが独特に異なる特徴を有する光ファイバを製造す
るプロセスを示す概略図である
【図8】 図8は図7のタブレットの拡大断面図である
【図9】 図9はクラッドガラス粒子の層の管への施用を示す
【図10】 図10は図7に示した固結/融着工程から得られる融着アセンブリの断面図で
ある
【図11】 図11は図7の実施の形態の変更例の部分断面図である
【図12】 図12は分散シフト光ファイバの屈折率分布である
【図13】 図13は分散シフト光ファイバの別の屈折率分布である
【図14】 図14は、広い波長範囲に亘り分散特徴の制御を促進させる本発明方法を用い
て1つの光ファイバに沿って形成されるであろう例としての交互の屈折率分布を
示す
【図15】 図15は、広い波長範囲に亘り分散特徴の制御を促進させる本発明方法を用い
て1つの光ファイバに沿って形成されるであろう別の例としての交互の屈折率分
布を示す
【図16】 図16は本発明による代わりの方法を示す
【図17】 図17は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図18】 図18は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図19】 図19は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図20】 図20は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図21】 図21は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図22】 図22は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図23】 図23は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図24】 図24は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図25】 図25は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
【図26】 図26は、本発明の方法を用いて1つの光ファイバに沿って形成されるであろ
う代わりの例としての交互の屈折率分布を示す
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AL,AM,A T,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA ,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES, FI,GB,GE,GH,GM,HR,HU,ID,I L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC ,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG, MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU, ZW Fターム(参考) 2H050 AB03Z AB05X AB10Y AC09 AC13 AC24 AC71 AC81 AD01 4G021 BA02

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバプリフォームを製造する方法において、 交互のガラス領域をガラス支持部材に沿ってまたはその内部に、該交互のガラ
    ス領域を互いに関して所望の関係に維持するために配列させ、ここで、1480nm
    より大きい波長で、該交互のガラス領域の内の一方が負の局所分散を含み、該交
    互のガラス領域の内の隣接するものが正の局所分散を含んでおり、 前記支持部材および前記ガラス領域を、該支持部材および該ガラス領域を互い
    に融着させ、プリフォームに固結させるのに十分な温度まで加熱することにより
    、該支持部材および該ガラス領域を互いに融着させる、 各工程を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記融着工程が、前記支持部材および前記ガラス領域を真空
    に引く工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記配列工程の前に、ガラススートの化学的気相成長法を含
    む方法により前記交互のガラス領域を形成する工程を含むことを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記配列工程の前に、前記スートを、該スートをガラスに固
    結させるのに十分な温度まで加熱する工程を含むことを特徴とする請求項3記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 前記配列工程において、前記ガラス領域が、前記スートのガ
    ラスへの固結後に、該交互のガラス領域を所望の長さにのこ引きする工程を含む
    方法により形成されることを特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記配列工程が、ガラスタブレットをガラス管内に配列させ
    る工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記融着工程が、前記管を真空に引く工程を含むことを特徴
    とする請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記配列工程が、ガラス棒材に沿って複数のタブレットを組
    み立てる工程を含み、該タブレットが前記棒材の少なくとも一部を囲むことを特
    徴とする請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記タブレットがドーナツ形状のガラスタブレットであるこ
    とを特徴とする請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記固結工程の前に、クラッドガラス粒子のコーティング
    を前記ガラス管の外面上に堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項6記載
    の方法。
  11. 【請求項11】 前記交互のガラス領域を配列させる工程が、前記管内に棒
    材を位置決めし、該棒材の少なくとも一部を囲む複数のタブレットを組み立てる
    各工程を含むことを特徴とする請求項6記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記棒材が、少なくとも前記タブレットの2つ分の長さで
    あるその長さの少なくとも一部に沿って実質的に連続した組成のガラスを含むこ
    とを特徴とする請求項8記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記棒材がコアガラスを構成することを特徴とする請求項
    8記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記固結工程後に、クラッドガラス粒子のコーティングを
    クラッドガラス管の外面に堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項1記載
    の方法。
  15. 【請求項15】 光ファイバプリフォームを製造する方法において、 交互のガラス領域をガラス管内に配列させ、ここで、該交互のガラス領域の内
    の一方が負のスロープを有する分散を含み、該交互のガラス領域の内の隣接する
    ものが正のスロープを有する分散を含んでおり、 前記ガラス管および前記ガラス領域を、該ガラス管および該ガラス領域を互い
    に融着させ、光ファイバの製造に使用するためのプリフォームに固結させるのに
    十分な温度まで加熱することにより、該ガラス管および該ガラス領域を互いに融
    着させる、 各工程を含むことを特徴とする方法。
  16. 【請求項16】 前記交互のガラス領域を配列する工程において、該交互の
    ガラス領域の内の一方が、屈折率n1を有する高屈折率中央コア領域と、それに
    続く、屈折率n1よりも小さい屈折率n2を有する屈折率の小さい堀領域と、前記
    コア領域の外側のクラッド領域とを含むことを特徴とする請求項15記載の方法
  17. 【請求項17】 前記堀領域が純粋なSiO2の屈折率より小さい屈折率を
    有することを特徴とする請求項16記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記配列工程の前に、ガラススートの化学的気相成長法を
    含む方法により前記交互のガラス領域を形成する工程を含むことを特徴とする請
    求項15記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記配列工程の前に、前記スートを、該スートをガラスに
    固結させるのに十分な温度まで加熱する工程を含むことを特徴とする請求項18
    記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記配列工程が、ガラスタブレットをガラス管内に配列さ
    せる工程を含むことを特徴とする請求項15記載の方法。
  21. 【請求項21】 前記配列工程が、ガラス棒材に沿って複数のタブレットを
    組み立てる工程を含み、該タブレットが前記棒材の少なくとも一部を囲むことを
    特徴とする請求項15記載の方法。
  22. 【請求項22】 前記タブレットがドーナツ形状のガラスタブレットである
    ことを特徴とする請求項21記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記固結工程の前に、クラッドガラス粒子のコーティング
    を前記ガラス管の外面上に堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項15記
    載の方法。
  24. 【請求項24】 前記交互のガラス領域を配列させる工程が、前記管内に棒
    材を位置決めし、該棒材の少なくとも一部を囲む複数のタブレットを組み立てる
    各工程を含むことを特徴とする請求項20記載の方法。
  25. 【請求項25】 前記棒材が、少なくとも前記タブレットの2つ分の長さで
    あるその長さの少なくとも一部に沿って実質的に連続した組成のガラスを含むこ
    とを特徴とする請求項21記載の方法。
  26. 【請求項26】 前記棒材がコアガラスを構成することを特徴とする請求項
    21記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記固結工程後に、クラッドガラス粒子のコーティングを
    クラッドガラス管の外面に堆積させる工程を含むことを特徴とする請求項15記
    載の方法。
  28. 【請求項28】 光ファイバを製造する方法において、 異なる光学的特徴を有する複数のガラスタブレットを形成し、ここで、該タブ
    レットは、スートの化学的気相成長法および該スートの固結を含む形成プロセス
    により形成され、 該複数のガラスタブレットをガラスタブレットアライメント器具に沿ってまた
    はその内部に組み立て、ここで、前記アライメント器具の周りのまたはその内部
    の前記タブレットの内の少なくとも一方の少なくとも1つの光学的特徴が、隣接
    するタブレットのものとは異なっており、 得られたタブレットアセンブリを、前記タブレットが互いに融着して、プリフ
    ォームまたはプリフォーム前駆体を形成するのに十分な温度まで加熱し、 該プリフォームまたはプリフォーム前駆体から光ファイバを形成し、ここで、
    該ファイバが複数の長手方向セクションからなり、各々のセクションが前記タブ
    レットの内の1つに対応している、 各工程を含むことを特徴とする方法。
  29. 【請求項29】 前記ガラスタブレットアライメント器具がガラスであるこ
    とを特徴とする請求項28記載の方法
  30. 【請求項30】 前記ガラスタブレットアライメント器具が、スートの化学
    的気相成長法および該スートの固結を含む形成プロセスにより形成されることを
    特徴とする請求項29記載の方法。
  31. 【請求項31】 前記ガラスタブレットアライメント器具に沿ったまたはそ
    の中の前記タブレットの各々のコア領域が、前記タブレットの残りの各々のコア
    領域とは異なることを特徴とする請求項28記載の方法。
  32. 【請求項32】 前記タブレットの光学的特徴は、前記ファイバの各々のセ
    クションが、該セクションが該ファイバの一方の端部からその他方の端部まで分
    析されたときに、隣接するセクションの分散より小さい分散を示すようなもので
    あることを特徴とする請求項28記載の方法。
  33. 【請求項33】 前記タブレットの光学的特徴は、前記ファイバの各々のセ
    クションが、Δ=(n1 2−n2 2)/2n1 2、およびn1とn2は、それぞれ、前記
    ファイバのコアおよびクラッドの屈折率である場合の、ファイバの隣接するセク
    ションのΔ値とは異なるΔ値を示すようなものであることを特徴とする請求項2
    8記載の方法。
  34. 【請求項34】 前記タブレットの光学的特徴は、前記ファイバのセクショ
    ンの少なくとも第1のセクションが所定の波長の光を伝搬させ、該第1のセクシ
    ョンに隣接するファイバの少なくとも1つのセクションが該所定の波長の光をフ
    ィルタリングするようなものであることを特徴とする請求項28記載の方法。
  35. 【請求項35】 前記タブレットの光学的特徴は、前記第1の複数のタブレ
    ットに対応するファイバのそれらのセクションが、所定の波長の光で所定の分散
    を示し、前記第2の複数のタブレットに対応するファイバのそれらのセクション
    が、前記所定の波長の光で前記所定の分散とは異なる第2の分散を示し、それに
    よって、該所定の波長での前記ファイバの分散が、前記所定の分散と前記第2の
    分散との間の値であるようなものであることを特徴とする請求項28記載の方法
  36. 【請求項36】 各々のファイバセクションの前記コアが、最大屈折率の軸
    を有する方位的に非対称の屈折率分布を示し、前記第1のファイバセクションの
    最大屈折率の軸が、前記隣接するファイバセクションの前記少なくとも1つの最
    大屈折率の軸とはアライメントされていないことを特徴とする請求項28記載の
    方法。
  37. 【請求項37】 前記第1のファイバセクションのコアおよび前記隣接する
    ファイバセクションの内の少なくとも1つのもののコアが楕円形であり、該第1
    のファイバセクションの楕円形コアの長軸が、前記隣接するファイバセクション
    の内の少なくとも1つのものの楕円形コアの長軸とアライメントされていないこ
    とを特徴とする請求項28記載の方法。
  38. 【請求項38】 前記第1のファイバセクションのコアの屈折率分布が、前
    記隣接するファイバセクションのコアの屈折率分布とは異なることを特徴とする
    請求項28記載の方法。
  39. 【請求項39】 前記第1のファイバセクションのコア組成が、前記隣接す
    るファイバセクションのコア組成とは異なることを特徴とする請求項28記載の
    方法。
  40. 【請求項40】 前記第1のファイバセクションのコアが光を増幅できるド
    ーパントを含有し、前記隣接するファイバセクションのコアが該ドーパントを含
    まないことを特徴とする請求項28記載の方法。
  41. 【請求項41】 前記ファイバセクションの光学的特徴は、該ファイバセク
    ションの各々が、該セクションが前記一体ファイバの一方の端部からその他方の
    端部まで分析されたときに、前記隣接するファイバセクションの分散よりも小さ
    い分散を示すことを特徴とする請求項28記載の方法。
  42. 【請求項42】 前記第1のファイバセクションが所定の波長の光をフィル
    タリングし、前記隣接するセクションが該所定の波長の光を伝搬させることを特
    徴とする請求項28記載の方法。
  43. 【請求項43】 前記第1のファイバセクションが所定の波長の光で所定の
    分散を示し、前記隣接するファイバセクションが該所定の波長の光で該所定の分
    散とは異なる第2の分散を示し、それによって、該所定の波長での前記ファイバ
    の分散が、前記所定の分散と、前記第2の分散との間の値であることを特徴とす
    る請求項28記載の方法。
  44. 【請求項44】 前記一体光ファイバの減衰が0.25dB/km未満であるこ
    とを特徴とする請求項28記載の方法。
  45. 【請求項45】 前記一体光ファイバの減衰が0.22dB/km未満であるこ
    とを特徴とする請求項28記載の方法。
  46. 【請求項46】 前記タブレットが、該タブレットの長手方向に沿って少な
    くとも1つの軸方向の溝を含むことを特徴とする請求項28記載の方法。
  47. 【請求項47】 前記タブレットが1つより多い軸方向の溝を含み、該軸方
    向の溝が前記タブレットの中心線の周りに対照的に配置されていることを特徴と
    する請求項46記載の方法。
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