JP2002519285A

JP2002519285A - 希土類金属をドープした光ファイバープレフォームを製造する方法および装置

Info

Publication number: JP2002519285A
Application number: JP2000557203A
Authority: JP
Inventors: イン−ファザン，; ブライアンエム．ラリバート，; レイエフ．ロビンソン，
Original assignee: エスディーエル，インコーポレイテッド
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2002-07-02
Also published as: CA2336339A1; CN1307544A; EP1098857A1; KR20010053022A; AU5313399A; WO2000000442A1

Abstract

(57)【要約】光ファイバープレフォームの製造方法および装置が開示されており、これは、その中に、比較的に高濃度の希土類ドーパント材料が取り込まれており、それゆえ、低い開口数、低いコア減衰および高いポンピング力吸収を有する光ファイバーに引き出して加工できる。希土類金属ドーパント材料の高い濃度は、「ハイブリッド蒸気加工」（ＨＶＰ）法または「ハイブリッド液体加工」（ＨＬＰ）法（いずれかは、組み合わせてまたは互いに独立して、実施される）により、達成される。このＨＶＰ法は、希土類塩化物を充分に高い温度に晒すことによって、それを蒸発させることを包含し、これは、独立して、または得られる希土類塩化物積載蒸気を本質的に非反応性の不活性ガス（例えば、ヘリウム）の流れにある中空耐火チューブ内の酸化反応ゾーンへと運搬することと同時に行われる。このＨＬＰ法によれば、このＨＶＰ法および／または他の希土類金属ドーパント蒸気源によって、第一量の希土類ドーパントが供給され、これは、ガラス形成蒸気と混合されて、ガラスチューブの内面に蒸着すす層を形成する。このすす蒸着チューブは、次いで、第二量の希土類金属ドーパントを含有するドーパント溶液で含浸される。このチューブは、次いで、熱崩壊されて、比較的に高濃度で取り込まれた希土類金属ドーパントの量を高めた光ファイバープレフォームが得られる。この装置は、その主要チューブ内での反応用のガラス形成材料蒸気および酸素から別々に蒸気（これは、固体形態のこのドーパントから形成される）としての希土類金属ドーパントを主要ガラス蒸着チューブへと導入するための手段（例えば、チューブ）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（関連出願の参照）本願は、先に出願した同時係属中の仮特許出願第６０／０９１，２９０号（こ
れは、１９９８年６月３０日に出願された）、および同時係属中の仮特許出願第
６０／０９１，１５４号（これは、１９９８年６月３０日に出願された）の優先
権を主張しており、両出願の内容は、本明細書中で参考として援用されている。

【０００２】（発明の分野）本発明は、希土類ドーパント材料を増やした所定量で取り込んだ光ファイバー
プレフォームの製造方法に関し、ここで、この希土類ドーパント材料は、比較的
に高い濃度で取り込まれており、このプレフォームの断面ジオメトリは、良好な
モードスクランブル（ｍｏｄｅｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）を促進するように、設
計されている。

【０００３】（発明の背景）光ファイバーは、本来、超薄の光導管である。光は、一端に送り込まれ、それ
が曲がろうが真っ直ぐに進もうが、そのファイバー内またはそこを通って前方に
伝播し、最終的に、他端で現れる。光を規定パターンでファイバーに送り込むこ
とにより、殆ど瞬間的に（すなわち、光速で）、長い地理的距離にわたって、長
いバンド幅で、膨大な量の情報が送信できる。薄く、速く、強靱であるので、光
ファイバーの有用性は、疑問の余地がない。

【０００４】光ファイバー構成の多様性、形状および複雑性は、進化し続けているものの、
殆ど全ての光ファイバーで見られる中心基礎構造は、クラッディング層で取り囲
まれた光送信コアである。このコアおよびクラッディングの屈折率は、クラッデ
ィングがコアよりも低い屈折率を備えるように、製造中に調節される。このファ
イバーコアに光が送り込まれると、光は、コア／クラッデング界面にて、この屈
折率差に遭遇し、光学現象（これはまた、「連続内反射」とも呼ばれる）で、殆
ど損失なしに、このコアへと「曲って」戻り、ここで、引き続いて、この光ファ
イバーの下流へと伝播する。

【０００５】製造時にて、光ファイバーは、典型的には、光ファイバープレフォームから引
き出され、これは、本来、最終光ファイバーと同じコアおよびクラッディング成
分の断面幾何学的配置を有するが、このファイバーよりも数桁大きい直径を有す
る。このプレフォームの一端は、炉内で、柔軟で成形し易い可塑性のコンシステ
ンシー（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）になるまで加熱され、次いで、縦に引き出さ
れて、所望のファイバーコア／クラッディング寸法を有するファイバーにされる
。

【０００６】送信ファイバー用のファイバープレフォーム製造技術では、活性ファイバー（
すなわち、単一モードで希土類ドープコアを備えたファイバー、または二重クラ
ッドファイバー）の製造とは反対に、化学蒸着方法を使用して高品質ファイバー
を提供しつつ、費用を少なくするために、高速製造用の技術が開発されており、
この場合、それらの蒸気相中の成分は、水平に回転された耐火チューブに供給さ
れて、このチューブの内面で、１層またはそれ以上の内部ガラス層を形成する。
例には、ＭａｃＣｈｅｓｎｅｙらの特許第４，９０９，８１６号およびその関連
特許である第４，２１７，０２７号および第４，３３４，９０３号があり、これ
らは、改良化学蒸着（ＭＣＶＤ）法（これは、ガラスプレフォームの製造に使用
される一般半導体型ＣＶＤ法および従来のＣＶＤ方法と区別するために、そのよ
うに命名されている）と呼ばれるものを開示している。これらの特許は、いわゆ
る「すす（ｓｏｏｔ）」（すなわち、外付け蒸着（ＯＶＤ）法）を論述しており
、これらは、米国特許第３，７７５，０７５号および第３，８２６，５６０号で
開示されており、その方法は、ＭＣＶＤ法を使用することにより、向上する。特
許第’８１６号は、さらにプロミネートな（ｐｒｏｍｉｎａｔｅ）均一反応の確
立に関し、この場合、その蒸気相から得た反応生成物は、耐火チューブの環境内
にて、そのガス流内で、ガラス前駆微粒子を形成し、この微粒子は、次いで、引
き続いて、その加熱ゾーンまたは加熱源から下流で、このチューブの内面に蒸着
される。蒸着した微粒子は、次いで、通過加熱ゾーンにより、そのチューブ面の
透明ガラス層に統合される。これは、ガラスプレフォーム用に以前に使用された
ＣＶＤ法（この場合、この耐火チューブの内面に最初に形成されたガラス微粒子
を用いて、不均一プロセスが起こると説明されており、すす層（これは、引き続
いて、焼結されて、ガラス層を形成する）を形成するか、またはガラス耐火チュ
ーブの環境内で最初に形成されたガラス微粒子とは反対に、ガラス層を直接形成
して、その結果、モノリシックガラスの蒸着形成が起こるか、いずれかである）
とは区別される。ＭＣＶＤ法の均一反応は、重要な様式では、その熱移動ゾーン
によって反応ゾーンの温度を高めることにより、達成される。ＭＣＶＤ法がＯＶ
Ｄ法よりも有利な点は、水素保持成分、水蒸気、および蒸着ガラス層に由来の他
の汚染物質をなくすことにある。ＭＣＶＤ法は、Ａｎｄｒｅｊｃｏらの米国特許
第４，２５７，７９７号で簡単に説明されており、また、ＴｉｎｇｙｅＬｉ編
の「ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｖｏｌ．
１、ＦｉｂｅｒＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（１９８５）（ＡｃａｄｅｍｉｃＰ
ｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）の特に１〜６４ページで、詳細に説明されており、その内
容は、本明細書中で参考として援用されている。

【０００７】特許第’８１６号の見地から、ファイバー大量生産用のガラスプレフォームの
高い生産性は、引き続いたファイバー引出を経由して、連続加工手順（これは、
ガラス層形成のために反応温度を高めること、チューブの回転速度を高めること
、蒸着ガラス層を焼結すること、このチューブを回転し崩壊（ｃｏｌｌａｐｓｉ
ｎｇ）させてプレフォームを形成しつつ、蒸着ガラス層に由来の水和汚染物質の
影響を最小にすることを包含する）を提供することにより、達成できる。この高
速加工方法は、通信ファイバーを製造するのに極めて適用可能であり得るものの
、特に、この耐火チューブの内面にある蒸着層（単数または複数）に高レベルの
希土類ドーパントまたはコドーパントを取り込むのが望ましい場合、活性ファイ
バーの製造に好ましい方法ではない。活性光ファイバーは、ファイバーレーザー
用途の信号増幅目的のために、ファイバーゲイン媒体（ｆｉｂｅｒｇａｉｎ
ｍｅｄｉａ）として使用されており、そして４ｆ希土類元素（すなわち、ランタ
ノイド系列の元素、原子番号５７〜７１；例えば、エルビウムまたはイッテルビ
ウムまたはエルビウムとイッテルビウムとの共ドープ）をドープしたコア組成物
を有する単一モードファイバーまたは二重クラッドファイバーから構成されてい
る。特定の濃度および／または調合の希土類ドーパントを選択的に使用すること
により、所望の仕様に対して、特定波長範囲の光に対するこのコアのスペクトル
吸収率が規定できる。適切に調整したコア（これは、適切なクラッディング構造
で取り囲まれている）は、適切なポンプ源と組み合わせて、光レイジング（ｌａ
ｓｉｎｇ）および／または光増幅機能に対する基準を提供できる。例えば、光フ
ァイバー遠距離通信計画での信号増幅の必要性を考慮すると、このような光強化
機能が可能な光ファイバーが望ましい。残念なことに、希土類ドーピングは、特
に、このコア内にて、高レベルの濃度では、簡単には実行できない。

【０００８】希土類ドープ光ファイバープレフォームを製作するための種々の方法および変
形法が開発されている。これらの方法の一部の例は、１９８５年２月２６日にＭ
ｉｌｌｅｒらに発行された米国特許第４，５０１，６０２号；１９８６年１０月
１４日にＭａｃＣｈｅｓｎｅｙらに発行された米国特許第４，６１６，９０１号
；１９９３年８月１７日にＢｅｒｋｅｙに発行された米国特許第５，２３６，４
８１号；１９９７年３月１１日にＢｒｕｃｅらに発行された米国特許第５，６０
９，６６５号；１９８５年２月２６日にＭｉｌｌｅｒらに発行された米国特許第
４，５０１，６０２号；１９８９年５月２日にＭａｎｓｆｉｅｌｄらに発行され
た米国特許第４，８２６，２８８号で開示されている。にもかかわらず、現在実
施する際には、特に、一般的な希土類元素であるネオジム（Ｎｄ）の場合には、
限られた全ドーピングレベルで高濃度の希土類ドーパントを取り込むことは、非
常に困難である。

【０００９】この問題の一部は、最も一般的に実施されているプレフォーム製造方法の１つ
（すなわち、ＭＣＶＤ）において、層として、希土類ドーパントを積載（ｌａｄ
ｅｎ）する蒸気を発生させ蒸着する必要性にある。現在実施する際には、比較的
に低い蒸気圧以外のいずれを生じることも困難であり、その結果、最終的に、そ
れに対応した低濃度の希土類ドーパントが取り込まれる。高い希土類濃度を達成
する性能なしには、低い開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅ）、低
いコア減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）および高いポンピング力吸収（ｐｕｍｐ
ｉｎｇｐｏｗｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）（これらは、全て、光ファイバー
レーザーおよび増幅器の設計において、望ましい規準である）を備えた光ファイ
バーを製造することはできない。

【００１０】それに加えて、特に光ファイバーレーザーに関して、適切な光ファイバープレ
フォームが製造されたとしても、そこから引き出されるファイバーのレイジング
効率は、依然として、他の点で難点があり得る。ファイバーレーザーの性能は、
任意の活性または非線形導波管と同様に、そのファイバーコア中の活性材料によ
ってポンプ放射線が吸収できる効率と密接に関係している。最も初期のファイバ
ーレーザーでは、そのファイバーに送り込まれたかなりの量の放射エネルギーは
、そのコアには入らず、コアのレイジング効果に寄与しなかった。それに応答し
て、特に、二重クラッドファイバーの内部クラッディングの断面ジオメトリに関
して、種々の光ファイバー断面ジオメトリ（これらは、内部クラッディングに沿
って伝播して交差し、ドープコアで吸収される光とのコア相互作用の頻度が高い
内反射のパターンを生じることができる）が成功裡に開発された。例えば、１９
８９年３月２１日にＳｎｉｔｚｅｒらに発行された米国特許第４，８１５，０７
９号；および１９９６年７月２日にＭ．Ｈ．Ｍｕｅｎｄｅｌに発行された米国特
許第５，５３３，１６３号を参照せよ。しかしながら、このような知識を基礎に
してファイバーを設計するには、そのプレフォーム形成において、製造工程を追
加する必要がある。このファイバーコアでの吸収を高めるために内部クラッディ
ングでの光散乱を高めて、これらの追加工程の負担を少なくするという改良が望
まれている。

【００１１】（発明の要旨）本発明によれば、光ファイバープレフォームの製造方法が提供され、これは、
その中に、比較的に高濃度の希土類ドーパント材料が取り込まれており、それゆ
え、低い開口数、低いコア減衰および高いポンピング力吸収を有する光ファイバ
ーに引き出して加工できる。希土類ドーパント材料の高い濃度は、「ハイブリッ
ド蒸気加工」（ＨＶＰ）法または「ハイブリッド液体加工」（ＨＬＰ）法（各々
は、組み合わせてまたは互いに独立して、実施できる）と呼ばれるもののいずれ
かを使用して、実際に達成される。本明細書中の適用方法は、高い光均質性を有
する殆どの型のファイバージオメトリ（単一モードファイバーおよび二重クラッ
ドファイバーを含めて）について、ガラスプレフォームの形成に適用できる。こ
のＨＶＰ法は、固体形態希土類塩化物を充分に高い温度に晒すことによって、そ
れを蒸発させることを包含し、これは、得られる希土類塩化物積載蒸気を本質的
に非反応性の不活性ガス（例えば、ヘリウム）の流れにある中空耐火チューブ内
の酸化反応ゾーンへと運搬することと同時に行われる。この反応ゾーンには、同
時に、ガラス形成材料（例えば、ＳｉＣｌ₂）の蒸気が導入される。この反応ゾ
ーンの温度を制御することにより、１層以上のガラス層（すす層の形態で蒸着さ
れようと、モノリシック焼結ガラス層として蒸着されようと、いずれであれ）が
、特許第４，９０９，８１６号および一部の先行特許で教示されたケースのよう
に、直接的に蒸着できる。このすす層は、この希土類塩化物積載蒸気およびガラ
ス形成材料の蒸気を含有する成分の酸化により、この耐火チューブの穴の内面で
蒸着される。この中空チューブは、その後、崩壊されて、この光ファイバープレ
フォームを形成する。

【００１２】本明細書中で使用する「すす層」との用語は、空隙率の高い蒸着層であり、完
全には焼結されずに、ガラスまたは非晶質層を形成し、従って、高温焼結工程後
に形成されたモノリシックガラス層に見られるような光学的透明性、光学特性お
よび均質性を欠いている。

【００１３】このＨＶＰ法の重要な特徴は、希土類ドーパント送達システムの使用にあり、
これは、酸素か、または蒸気相蒸着（ＶＰＤ）工程で導入されたガラス形成材料
の酸化物との混合に先立って、その固体形態から、希土類積載蒸気を提供する。
他の従来方法（例えば、特許第４，９０９，８１６号およびその関連特許で開示
された方法）では、その希土類蒸気は、殆ど即時に、酸素またはその酸化物と接
触される。本発明者は、このことが、この耐火チューブの内側に蒸着された蒸着
すす層中の成分の均一性に対して、明確で著しい影響を与えることを発見した。
ホモジナイザーとして機能する媒介物の取り込みはおろか、連続的で繰り返し可
能な基準での希土類成分が均一的に取り込まれることはない。本発明のＨＶＰ法
は、本発明の新規送達システムを使用することによって、比較的に高いレベルの
濃度で、希土類および／または媒介物成分の均一かつ繰り返し可能な取り込みを
提供し、光学的均質の高い層を形成する。高い光学的均質性とは、生じた、蒸着
し焼結したモノリシックガラス層が、約２μｍ以下の幅の蒸着ガラス材料の凹凸
を有することを意味している。これより大きいものは、不均質性を有すると呼ば
れ、そのガラス材料が、完全には反応せず、均一な混合ガラス成分（媒介物およ
び希土類ドーパントの均一性を含めて）を備えた非晶質のモノリシックガラス層
への充分な変換を完全には受けないという点で、許容できないと考えられる。

【００１４】このＨＬＰ法は、耐火チューブの内面に第一量の希土類ドーパント材料を含有
するガラス層（単数または複数）を蒸着してこの内面にすす層（単数または複数
）を形成する方法を包含する。この層（単数または複数）は、連続的なモノリシ
ックガラス層に変換されることなく、複数の細孔を備えたすすコンシステンシー
を与える温度で、蒸着される。この工程は、ＨＶＰ法を使用して、または従来の
標準ＶＰＤ法を使用して、実行され得る。いずれかの場合、すすが蒸着した耐火
チューブは、次いで、そのプレフォームラス（ｌａｔｈ）から取り除かれ、そし
て第二量の希土類ドーパント材料で調合したドーパント溶液で含浸される。この
チューブは、次いで、このプレフォームラスに戻され、加熱されてドープ含浸層
（単数または複数）を焼結し、その後、崩壊されて、その結果、最終量の希土類
ドーパント材料（これは、実質的に、第一および第二量の希土類ドーパント材料
を含有する）を有する光ファイバープレフォームが得られる。

【００１５】このＨＶＰまたはＨＬＰ法に従って製造された光ファイバープレフォームは、
形成されたジオメトリで使用できるか、またはプレフォームのジオメトリは、プ
レフォームをファイバーに引き出す前に変更されて、このガラスプレフォームの
光学特性（例えば、光散乱機構）に片寄り（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が加えられ得
る。二重クラッドプレフォームまたはスリーブを引き出す場合（これは、単一モ
ードファイバーを引き出す場合であり得る）、このファイバー引出工程および外
部クラッディング層の形成の前に、このプレフォームのジオメトリを変えるのに
極めて適切な少なくとも１つの長手軸面に沿って単純平坦面または凹面を形成す
るために、機械的な粉砕または化学的な処理が使用され得る。例えば、このガラ
スプレフォームの対向長手軸面にて、このプレフォームには、１つより多い平面
が適用できる。

【００１６】上記のことに照らせば、本発明の主要な目的は、比較的に高い希土類ドーパン
ト濃度を有する光ファイバープレフォームを製造する改良方法および装置を提供
することにあり、特に、ここで、このガラスファイバープレフォームの限られた
全ドーピング濃度は、そこから作製された光ファイバーで低い開口数を生じるの
に充分なレベルにある。

【００１７】本発明の他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を提供するこ
とであって、ここで、増大された高いレベルの希土類ドーパント（単数または複
数）の取り込みは、回転した耐火チューブの内面にて、このガラス形成材料の蒸
着領域に近接して、希土類材料の固体形態源を蒸発させることにより、達成され
る。このような希土類源の１個より多くが使用され得、それぞれ、この耐火チュ
ーブ内の反応ゾーンに、異なる蒸気積載希土類ドーパントが供給される。

【００１８】本発明の他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を提供するこ
とであって、ここで、その中での希土類ドーパント材料の取り込みは、すす層蒸
着希土類蒸気ドーピングに続いて希土類溶液ドーピングを実行することにより、
行われる。

【００１９】本発明のさらに他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を提供
することであって、この方法は、早期粒子生成酸化反応の発生を少なくするため
の手段を使用する蒸気相蒸着工程により特徴付けられ、それにより、最終的に、
モノリシックガラスの均一層（単数または複数）の形成にうまく適合する。

【００２０】本発明のなおさらに他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を
提供することであって、ここで、この方法は、比較的に、水汚染（これは、しば
しば、プレフォーム製造で通例使用されるハロゲン系ドーパント材料（例えば、
塩化アルミニウム、希土類塩化物など）の固有水分感度に起因している）を受け
にくい。

【００２１】本発明のさらに他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を提供
することであって、ここで、この方法は、希土類シクロペンタジエニド（ＣＰ₃
）および／またはその誘導体をドーパント材料として使用する。

【００２２】本発明のなおさらに他の目的は、光ファイバープレフォームを製造する方法を
提供することであって、ここで、他の工程のうち、固体形態の希土類ハロゲン（
例えば、希土類塩化物）は、充分に高い温度に晒すことにより蒸発され、そして
本質的に非反応性の不活性ガス（例えば、ヘリウム）の流れに乗って、そこに蒸
気状のガラス形成材料を導入することと同時に、酸化反応ゾーンに運搬される。

【００２３】本発明の他の目的は、その光学特性を変えるために、そのプレフォームのジオ
メトリに片寄りを導入することにより、光ファイバープレフォームを改良する方
法を提供することにある。

【００２４】本発明の前述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面で図示されているよ
うに、本発明のいくつかの好ましい実施態様の以下のさらに詳細な記述から明ら
かとなる。

【００２５】（好ましい実施態様の詳細な説明）本発明の適用性は、二重クラッドファイバーを形成するために引き出されるプ
レフォームの製造に関しているが、同様に、単一モードファイバーまたはマルチ
モードファイバーを含めた他の型のファイバーのためのプレフォームの製造にも
適切である。特に、開示された方法は、例えば、ファイバーコア中での希土類ド
ーピングの増大に関係しているので、本発明の実施態様は、活性ゲイン媒体（例
えば、ファイバー増幅器またはファイバーレーザー）として利用される単一およ
び二重クラッドファイバーに対して、特に適合性がある。説明の目的上、ファイ
バーゲイン媒体の代表例は、図５Ａおよび５Ｂで図示されている。しかしながら
、本明細書中で使用する方法の原理は、また、単に希土類の増大以外に、ファイ
バーガラスプレフォーム中の他の成分（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ、ｃｏｍｐｏｎ
ｅｎｔ）の増大にも適用でき、この場合、このような成分は、ＨＶＰ法またはＨ
ＬＰ法のいずれかまたは両方により、増大する。一例には、希土類成分に加えて
またはその代わりに、そのチューブ内面に蒸着されたガラス形成層でのリン酸塩
の取り込みの増大がある。

【００２６】図５Ａおよび５Ｂにおいて断面で示すように、二重クラッドファイバー（これ
は、高出力のファイバー増幅器またはレーザーの用途に有用である）は、コア１
４、内部クラッディング５、外部クラッディング４０、および任意の保護外部ジ
ャケット５０を含む。必要に応じて、この二重クラッドファイバーの設計は、コ
ア１４とクラッディング５との間で界面を形成する比較的に薄い断面の追加クラ
ッディング層１２を含み得る。ガラスプレフォーム（例えば、図２のプレフォー
ム１０”）から引き出されたファイバーの一部は、図５Ａおよび５Ｂでは、１０
と表わされている。

【００２７】コア１４の屈折率ｎ₁が内部クラッディング５の屈折率ｎ₂よりも大きいとき、
伝播している放射線は、大部分は、全内反射によって、コア１４内に閉じこめら
れ得る。内部クラッディング５は、屈折率ｎ₂を有する内部クラッディング５と
より低い屈折率ｎ₃を有する外部クラッディング４０との間にある界面で起こる
放射線の内反射によって、導波管として機能する。内部クラッディングの目的は
、内部クラッディングに発射される放射線がこのファイバーの長さに沿って伝播
するにつれてコア１４と繰り返し交差するように、この放射線を閉じこめること
にある。コア１４とのこのような各交差を用いて、この放射線（これはまた、ポ
ンプ光（ｐｕｍｐｌｉｇｈｔ）とも呼ばれる）の一部は、コア１４に取り込ま
れた活性ゲインドーパント（例えば、希土類ドーパント）で吸収される。光ファ
イバーの長さは、典型的には、数１０メートル、おそらく、数１００メートルで
あり、それにより、非常に多数のこれらのコア相互作用が可能となり、このポン
プ放射線がコアにできるだけ多くの吸収される。

【００２８】現在の二重クラッドファイバーレーザーによれば、良好な結果が得られるもの
の、このような良好な結果は、（１）このファイバーのコア中の活性ゲインドー
パント材料（例えば、希土類ドーパント材料）の濃度を高くすることによる、お
よび／または（２）このファイバーの単一モードコアにて、容認できる程度で高
い頻度の光吸収相互作用の発生を促進する簡単なファイバージオメトリを設計す
ることによる、のいずれかによって、改善および／または費用効果的な達成がで
きることを発見した。

【００２９】仕上げた二重クラッドファイバーレーザーは、最終的に重要な製品であるもの
の、本発明の実施態様は、このファイバーの中心光学ストランド１０（すなわち
、このファイバーコアおよび内部クラッディング構造を含むストランド）が引き
出される光ファイバープレフォーム１０”の設計および製造に焦点を当てている
。当該技術分野で周知であるように、ロッド様プレフォーム１０”の構造的およ
び組成的な構成では、断面直径が大きく削減されているものの、プレフォーム１
０”から引き出されるにつれて、さらに長いフィラメントファイバー１０に正確
に変換できる。

【００３０】本発明者は、高濃度の活性ゲイン希土類ドーパント材料が、以下のいずれかに
より、光ファイバープレフォームに取り込むことができることを発見した：高蒸
気圧および実質的に酸化物含量および水分含量がない状態で、希土類ハロゲンを
ガラス形成反応ゾーンに送達することを包含する方法（すなわち、ハイブリッド
蒸気加工法つまりＨＶＰ法）；またはすす蒸着および溶液ドーピング処理の革新
的な組合せを包含する方法（すなわち、ハイブリッド液体処理法つまりＨＬＰ法
）。これらの方法のいずれかは、単独でまたは互いに組み合わせて、使用できる
。

【００３１】本発明のＨＶＰ法によれば、酸素および水分のない制御環境にて、高温で、固
体形態のこの希土類ハロゲンを蒸発させることにより、望ましい程度に高い蒸気
圧を有する酸化性希土類ハロゲン蒸気（例えば、希土類塩化物蒸気）が直接生成
される。このストリームライン工程は、効率、均一性、および濃度収率（これは
、例えば、ＭａｃＣｈｅｓｎｅｙらの米国特許第４，６１６，９０１号で開示さ
れているような従来技術で一般的な多段工程で、酸化性希土類蒸気を発生させる
とき、容易には再現できない）に関して、有利である。

【００３２】図１で示すように、本発明の蒸気相蒸着（ＶＰＤ）装置は、新規設計の送達シ
ステム２０を使用し、このシステムは、複数のマルチ同心（ｍｕｌｔｉ−ｃｏｎ
ｃｅｎｔｒｉｃ）石英ガラスチューブ２００、２２０および２４０を含み、これ
は、前方流／抗逆流調整器２０２および２２２（例えば、浸透性石英ガラスフィ
ット界面または他のこのような不活性浸透性材料）を備え、内部同心送達チュー
ブ２００および２２０の各々の出力末端を密封する。本質的に、本発明を構成す
るＨＶＰ装置のマルチ同心送達システム２０によれば、外部同心送達チューブ２
４０を経由して供給される酸素による逆流汚染なしに、石英チューブ５の穴へと
種々の蒸気積載気体材料を制御送達することが可能となる。このようにして、送
達チューブ２００および２２０から供給された屈折率および希土類ドーパントの
汚染されていない蒸気は、まず、チューブ５の長さに沿って規定できる反応ゾー
ン５Ｂにて、バーナー３４０の影響下で、内面５Ａ上でモノリシックガラスまた
は他の微粒子またはすす層の１層またはそれ以上を形成するために、外部送達チ
ューブ２４０を経由して、他の気体または蒸気積載ガラス形成成分と反応される
。

【００３３】このＶＰＤ装置は、僅かに改変するだけで、種々の蒸気相蒸着手順が実行可能
になるという点で、融通が利く。例えば、ＨＶＰ法を実行する際には、アセンブ
リ４２は、遮断され、孤立され、取り除かれるか、または、そうでなければ、「
オフライン」とされ、固体形態の希土類ハロゲン（例えば、希土類塩化物）は、
中心送達チューブ２００の内側に位置しているボート３２に装填される。あるい
は、蒸着したガラスまたはすす層への希土類材料の取り込みをさらに高める際に
、蒸気希土類供給源４２は、ボート３２からの希土類塩化物の蒸発と組み合わせ
て、起動または「オンライン」配置され得る。しかしながら、これらの希土類塩
化物供給源のいずれかは、他のものを使用せずに使用できることを理解すべきで
ある。

【００３４】本発明の重要な属性は、希土類塩化物ボートの使用にある。開始時点では、固
体形態の希土類材料（これは、液体形態に変換される）を、高い蒸気圧下にて、
蒸気として使用すること自体は、新しいことではないことに注目すべきである。
例えば、ＭａｃＣｈｅｓｎｅｙらの米国特許第４，６６６，２４７号では、溶融
シリカ石英管状チャンバ２４は、チャンバ２４の出力末端に配置されたシリカウ
ール２５（これは、チャンバ２４に汚染物質が入るのを防止する）を使用してい
るので、事実上酸素のない環境では、ヒーター１８で、約１０００℃まで加熱さ
れた希土類粉末または液状成分（ＮｄＣｌ₃）を含有する。しかしながら、この
方法の難点は、その工程を実施する際に、この希土類材料が消費されるにつれて
、この希土類の塊状（ｃｈｕｎｋ）、パイル状または不定形状の表面領域は、時
間の経過と共に変化して、結果として、この工程に導入される希土類ドーパント
の濃度は、それに対応して、時間の経過と共に、変化することがある。同じこと
は、境界が維持されていない（ｕｎｍａｉｎｔａｉｎｅｄｂｏｕｎｄａｒｉｅ
ｓ）希土類の液状プールに当てはまる。蒸気形態の希土類の全量は、温度、所定
温度での蒸気圧および希土類成分の露出形態の表面積の関数である。特許第４，
６６６，２４７号で示されている溶融チューブチャンバ（これは、粉末または液
状形態の希土類成分を使用する）の場合には、この成分の固相または液相が消散
するにつれて、その全表面積が小さくなるので、露出表面積は、常に変化してい
る。従って、供給された蒸発希土類の均一性を長時間にわたって制御するために
は、取り外し可能ボート３２が使用されるが、これは、図６で示すように、二次
元の幅３８および長さ４０（これは、時間の経過と共に希土類固体材料３６が消
散するにつれて、一定である）がある空洞３４を有する。結果として、他のボー
トと交換されるまで、ボート３２中で存在している希土類材料の寿命全体にわた
って、一定の蒸発表面積が残るが、これは、特許第４，６６６，２４７号では不
可能である。希土類材料３６を石英ボート３２の空洞３４に装填することにより
、蒸気相蒸着は、数回にわたって行うことができるので、蒸発される露出表面積
は、本質的に同じであり続け、それゆえ、信頼できる「バッチ間」均一性が保証
される。

【００３５】送達システム２０で使用するボート３２を作製するためには、空洞３４内にて
、希土類粉末の溶融物が調製されて、ボート３２の寸法３８および４０を有する
一体化した固体形態の希土類塩化物が形成される。この調製は、酸素なしの不活
性環境（例えば、ヘリウム）では、例えば、約９００℃で実行される。調製工程
では、まず、このボートは、粉末形態の希土類（例えば、Ｙｂ）を含有する密閉
チャンバに配置される。次いで、このチャンバには、ハライドガス（例えば、Ｃ
ｌ₂）および不活性キャリヤガス（例えば、Ｈｅ）が供給される。このチャンバ
の温度は、約５００℃程度まで高められて、チャンバ排出システムを経由して、
以下の式に従って、水蒸気および酸素を追い出し、運び出す：Ｙｂ（ＯＨ）₃ → ＹｂＣｌ₃ ＋６Ｈ₂Ｏこの形態の希土類は、酸素を含まない低い蒸気圧を生じるので、非常に望まし
い。希土類中に酸素が含有または存在していると、その蒸気圧が高くなる。

【００３６】このボートの温度は、さらに、約９００℃まで上げられて、この希土類粉末を
溶融し、図６で示した二次元の３８および４０を有する露出面が得られる。作製
した希土類ボートは、次いで、冷却され、そして送達チューブ２００内に配置す
るために直接移動されて、酸化環境に長く晒されるのを防止する。ボート３２は
、流れ／抗逆流界面２０２を取り除いてそれを同じ界面または新たな調整器と交
換することにより（もし、古いものが、このチューブ末端内にボート３２を挿入
した後に、その外面にある酸化物の相当な堆積物によって著しく遮断されている
なら）、チューブの下流末端で挿入される。界面を配置し送達システム２０を再
組立した後、ヒーター３６０を低温（５００℃）で操作するとともに、不活性ガ
ス流を導入し始めて、この移動中に送達システム２０に吸収された水分および酸
素を取り除く。次いで、蒸気形態の希土類をボート３２から発生させて送達する
ために、熱源は、約１，０００℃程度の温度にされて、不活性ガス（ヘリウム）
で運ばれる高い蒸気形態の希土類を生じる。それゆえ、水分または酸素で汚染さ
れることなしに、この希土類成分に低い蒸気圧の固体源を供給する工程が提供さ
れる。

【００３７】先に使用したボートは、このボート内に残留している希土類材料に追加希土類
材料を添加し、そして再充填したボートを脱水し脱酸素し、次いで、この希土類
材料を溶融して材料を単一塊として一体化することにより、希土類材料で再充填
できる。

【００３８】図１で示すように、不活性キャリヤガス（例えば、ヘリウム）は、供給源（図
示せず）から、それぞれ、マスフロー制御装置１１２および１１４を通って、レ
ザバ、フィーダーまたはカラム１２２および１２４に注入される。マスフロー制
御装置は、当該技術分野で周知な電気的流れ調節気体源である。カラム１２２お
よび１２４は、種々の蒸気積載気体源としての機能を果たす。図示した実施態様
では、カラム１２２は、媒介物（ホモジナイザー）（例えば、ＡｌＣｌ₃蒸気）
源であり、これは、屈性率変更材料である。他の媒介物または媒介物組合せ（例
えば、ハロゲン化Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓおよび／またはＳｂ蒸気）は、使用され得る
。これらの媒介物は、このガラス形成工程において、成分の混合の際に均質性を
与える。ここでは、簡単にするために、１個だけの媒介物源が示されているが、
その組合せまたは他のこのような媒介物源は、制御装置１１６からの不活性キャ
リヤガスと共に使用され得ることを理解すべきである。カラム１２４は、希土類
を含有する希土類キレート蒸気源である。図示しているように、１種の特に有用
な希土類含有蒸気には、「希土類」−シクロペンタジエニル（ＲＥ−ＣＰ₃）蒸
気（例えば、Ｙｂ（Ｃ₅Ｈ₅）₃またはＥｒ（Ｃ₅Ｈ₅）₃）またはこのような希土類
蒸気の組合せがある。「希土類」−シクロペンタジエニル化合物の化学式は、Ｒ
ＣＰ₃であり、ここで、ＣＰ₃は、炭化水素（Ｃ₅Ｈ₅）₃であり得、そしてＲは、
希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム
（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）およびサマリウム（Ｓｍ）が
あるが、これらに限定されない）である。ネオジムシクロペンタジエニル蒸気は
、１，０００℃より高い温度で酸化できて有用な活性ゲインであるＮｄ−シクロ
ペンタジエニドドーパントを形成できるという点で、希土類キレート蒸気源１２
４として、好ましい。

【００３９】カラム１２２および１２４は、好ましくは、この領域での最大温度である約２
２０℃まで加熱される。もちろん、異なる希土類化合物の各々に対する蒸気圧に
相違があるために、異なる希土類材料には、異なる温度が必要であり得る。

【００４０】図１で図示しているように、カラム１２２および１２４からのこれらの原料の
蒸気相は、それぞれ、三方コック１３２および１３４を経由して、送達システム
２０に供給される。

【００４１】送達チューブ２００に供給される不活性ガスの量を調節するために、制御装置
１１０から、ライン１４４およびコック１３０を経由して、追加不活性キャリヤ
ガス（例えば、ヘリウム）が供給され得る。

【００４２】コック１３２および１３４は、それぞれ、媒介物（ＡｌＣｌ₃）および希土類
キレート蒸気を排出するための通気孔を有し、その蒸気流れがＣＶＤ反応器（こ
れは、回転チューブ５およびその加熱ゾーンを含む）に通じる運搬ラインへと向
けられる前に、カラム１２２および１２４が所望の平衡ガス流および温度条件を
もたらす。コック１３２および１３４は、独立して制御できるが、この希土類含
有すすの蒸着が開始するとき、この反応器システムへと蒸気流の所望混合物を向
けるだけでなく、必要な蒸着が終了した時点で、その蒸気の供給を遮断するのに
使用される。

【００４３】運搬ライン１４２および１４４に入る蒸気材料は、その中で、不活性キャリヤ
ガス（例えば、ヘリウム）（これは、マスフロー制御装置１１６および１１０を
通って、それぞれ、ライン１４２および１４４に入る）により、運搬される。こ
のような運搬ラインは、当業者で周知である。例えば、運搬ライン１４２および
１４４は、１．５インチ（３．８ｃｍ）の銅チューブで囲まれた直径０．２５イ
ンチ（０．６３ｃｍ）のテフロン（登録商標）ラインを含む。運搬ライン１４２
および１４４の温度は、運搬される蒸気材料がその中で凝縮しない程度に充分に
高い温度で維持される。このことに関して、運搬ライン１４２および１４４内の
温度を約２℃〜３℃以内に制御するために、熱電対温度センサが使用できる。こ
れによって、安定性を保証するために、その中で運搬される蒸気材料の温度およ
び蒸気圧を制御するのに充分な精度が得られるはずである。

【００４４】運搬ライン１４２および１４４は、それぞれ、送達および反応器システム２０
の別個の同心送達チューブ２２０および２００に連結されている。供給源（図示
していないが、当該技術分野で周知である）に由来の未加熱ガスの混合物は、外
部同心送達チューブ２４０に入る。図１で図示した例では、このガス混合物は、
Ｈｅ、Ｏ₂、Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、ＰＯＣｌ₃、ＢＢｒ₃、ＳＦ₆および
ＣＦ₄を含有する。当該技術分野で公知の他のガスは、おそらく、ＳｉＯ₂、Ｐ₂
Ｏ₅、ＡｌＯ₃、ＭｇＯ、ＣａＯまたはＫ₂Ｏであり得る。一般に、活性ファイバ
ーは、指数変更（ｉｎｄｅｘａｌｔｅｒｉｎｇ）成分として、ＡｌまたはＰの
いずれかを使用するが、このような元素は、通信ファイバーの製造で常に使用さ
れる訳ではない。これらのガスは、送達システム２０および反応ゾーン５Ａの上
流範囲にあるチューブ２４０の温度では反応しないので、混合物中の送達チュー
ブ２４０へと導入できる。同心送達チューブ２００、２２０および２４０の中心
には、中心加熱要素２９０があり、これは、これらのチューブの各々の後方伸長
部（これはまた、そのチューブ壁において、これらの成分蒸気積載ガスのかなり
早期の熱分解（ｔｈｅｒｍａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｐｙｒｏｌｙｓ
ｉｓ）を防止する）にある入口を経由してこれらのチューブに入るので気体蒸気
を最初に加熱するためにある。

【００４５】先に述べたように、内部送達チューブの下流末端は、高温ゾーン３６２（これ
は、チューブ２００内でボート３２を含む）で高温を適用することによって気体
状態で蒸発させる固体形態の元素または化合物を保持するための支持２５容器（
ｓｕｐｐｏｒｔ２５ｖｅｓｓｅｌ）またはボート３２を含む。加熱ゾーン３
６２は、他の加熱要素３６０（これは、同心円状チューブ２００、２２０、２４
０だけでなくシステム２０の耐火チューブ５の回りに軸方向に配置されている）
により、作成される。任意の種類の周知加熱要素が使用でき、例えば、これらの
同心チューブの回りの高周波コイルは、ヒーター３６０として使用され得、ボー
ト３２は、高周波放射線の吸収性が高い材料である。使用されるものの一例には
、同軸的に外接している加熱要素３６０があり、これは、小穴アルミナチューブ
に巻き付けたニクロム線を含み、ボート３２にある希土類元素を蒸発させるとい
う作業を実行するのに充分であることが分かった。それらの配列の同心性のため
に、最内送達チューブ２００（これは、加熱要素３６０の熱焦点に最も近い）の
温度は、最高であり、また、最外チャンバ２４０（これは、ヒーターの熱焦点か
ら最も遠い）の温度は、数本の送達チューブ２００、２２０および２４０のうち
で最低である。それゆえ、この希土類含有蒸気が供給源４２から導入されて中心
送達チューブ２００を通って運搬されるとき、これらの蒸気は、ゾーン３６２に
て、高温（例えば、約８００℃〜約１，２００℃の範囲）に遭遇して、表面５Ａ
で希土類元素を均一に取り込むのに適切な程度に高い蒸気圧を生じる。希土類塩
化物ボート３２で生じる蒸気圧は、加えたヒーター温度に依存しているので、環
状ヒーター３６０で使用する温度は、蒸着するガラス層で望ましい希土類ドーパ
ント濃度に依存している。送達システム２０は、例えば、回転可能な気体不透過
性シールを介して、中空チューブ５に対して同軸的に挿入され配列されて、中空
チューブ５は、チューブ５Ａでガラス層を蒸着する工程中に、その軸の回りで所
望のｒｐｍで回転できるようにされる。本明細書中で開示した方法に関連して使
用される回転速度は、約４０ｒｐｍ〜約６０ｒｐｍの範囲、一般に、約５０ｒｐ
ｍである。回転は、当該技術分野で周知の旋盤などを使用することにより、行う
ことができる。特許第４，９０９，８１６号およびその関連特許である第４，２
１７，０２７号で教示されたプレフォーム高速生産では、この旋盤のｒｐｍは、
約１００ｒｐｍである。下流では、この蒸気が送達システム２０を出ていくにつ
れて、反応ゾーン５Ａに遭遇するが、このゾーンは、リボンガスバーナー３４０
（これは、矢印ｄで示すように、チューブ５の長さに沿って横に往復運動し得る
が、もちろん、チューブ５のうち送達システム２０を収容している領域は除く）
によって生じた高温で作られる。それゆえ、一旦、これらの気体種が中空チュー
ブ５の５Ｂにある反応ゾーンで共に混合されると、これらの反応蒸気がバーナー
３４０の移動で作られた熱ゾーン３４２を通過するにつれて、化学反応が起こる
。希土類酸化物粒子（例えば、Ｎｄ−シクロペンタジエニドの粒子）は、中空耐
火チューブ５の壁に蒸着されるすす層中の他ベースのガラス微粒子酸化物と共に
混合される生成物の間に入る。

【００４６】リボンバーナー３４０（これは、横方向ｄに沿って、上流方向および下流方向
で軸方向に移動可能である）は、一般に、スリットを有する石英または金属チュ
ーブを含む。その中にはＨ₂が注入され、発火されて、炎を生じ、これは、中空
チューブ５を加熱するが、このチューブは、表面５Ａでのすすの形成および蒸着
を生じるのに必要な所望温度まで、加熱すべきである。操作中、すす層は、一般
に、当該技術分野で公知なように、反応ゾーンＳＢから数インチ下流の領域で蒸
着される。チューブ５の部分に沿ってすす層を蒸着するためには、リボンバーナ
ー３４０は、チューブ５の長さの下流方向に移動される。表面５Ａのすす層また
は非晶質ガラス層は、バーナーによって生じる反応温度に依存して、バーナー３
４０をチューブ５の長さの下流方向に連続的に通過させることにより、形成され
る。

【００４７】蒸気相蒸着と同時に、その直後、またはそれより後のいずれかの時点で、石英
チューブ５は崩壊されて、仕上げ光ファイバープレフォームを形成する。崩壊は
、例えば、当該技術分野で公知なように、石英チューブ５を非常に高い温度（ガ
ラスの蒸着および焼結温度よりも高い温度）に晒すことにより、引き起こされる
。石英チューブ５を、チューブ５の長さを横断する（すなわち、上流方向で）リ
ボンバーナー３４０に関連して、その軸に沿って回転するとき、良好な崩壊結果
が得られる。

【００４８】ＨＶＰ法を行うためにＶＰＤ装置を使用することには、ＭＣＶＤ法に一般に使
用されるＶＰＤ装置に改変すること、特に、希土類ボート３２を使用すること、
前汚染（反応ゾーンＳＢに送達する蒸気積載ドーパントの前酸化を含めて）を防
止するために調整器２０２および２２２を用意すること、およびこの蒸気積載ド
ーパント用の不活性キャリヤガスとして成分１１０および１１６を通ってヘリウ
ム流を発生させることが含まれる。しかしながら、それらがＨＶＰ法の実行およ
び結果に特に有利である限り、調整器２０２および２２２および希土類ボート３
２に関して、他の特定の点に注目すべきである。

【００４９】全ての成分積載蒸気は、送達システム２０の送達チューブ２００および２２０
を出て中空チューブ５の穴に入るとき、まず、石英ガラスフリット界面２０２お
よび２２２の形態で、浸透性界面を通って浸透しなければならない。石英ガラス
フリット２０２および２２２は、浸透性であり、この希土類塩化物蒸気積載キャ
リヤガスを、フリット２０２および２２２を通る微細で比較的に均一なガス流に
分散させる。１実施モードでは、送達チューブ２００および２２０内のガス流は
、まず、この希土類ガス流がフリット界面２０２を通過した後、送達チューブ２
２０の下流末端で、媒介物（ホモジナイザー）（例えば、ハロゲン化Ａｌ、Ｇａ
、Ｉｎ、Ａｓおよび／またはＳｂ蒸気）と混ざる。次いで、それらは、フリット
界面２２２を通過してチューブ５に入った後、直ちに、そのガラス形成成分のハ
ロゲン化物蒸気（例えば、ケイ素、ゲルマニウム、ホウ素および／またはリンの
ハロゲン化物）と混合される。フリット界面２０２および２２２を使用すること
により、従来のＭＣＶＤ法と比較して、特に、その蒸着層への希土類ドーパント
の取り込みについて、その層（単数または複数）を構成する蒸着成分の均一性が
高いすすまたはモノリシックガラスが蒸着する。

【００５０】本発明者は、本発明を説明する際に使用するいずれの理論にも束縛されること
を望まないものの、均一な蒸着を達成する際には、フリット２０２および２２２
は、早期の微粒子形成を防止するように機能し、それゆえ、熱源３４０により生
じる高温に晒す前に、この内部送達システムから均質な蒸気が放出されると考え
ている。このことは、蒸気とドーパント蒸気との混合物の均質性を増進し、均一
にドープした粒子となる。さらに、フリット２０２および２２２は、気体の下流
のガスの流れと組み合わせて、酸素が送達チューブ２００の領域に逆流するのを
かなり少なくするとも考えられ、ここで、本発明のＨＶＰ法では、希土類塩化物
蒸気は、直接的に生成される。酸素が逆流する結果、この希土類塩化物蒸気の粒
子形成酸化が早期に起こり得る。もし、粒子が、ＳＢでこの反応ゾーンに入るに
つれて、早期に形成されるなら、付着（ａｃｃｒｅｔｉｏｎ）によって成長して
、最終的に、下流に蒸着され、その結果、その蒸着層が焼結するとき、形成され
たガラスに周辺領域とは異なる特性の部分（当該技術分野において「バブル」と
して知られている欠陥）が生じる。「バブル」が存在すると、引き出した光ファ
イバーの光効率が著しく低下し、一般に、もし、このバルブが、すす粒子と同程
度に大きい包まれた（ｅｎｔｒａｐｐｅｄ）空気バブルであるなら、このような
バブル１個により、得られたガラスプレフォームは、ファイバー引出には使用で
きなくなる。

【００５１】本発明のＨＶＰ法によれば、本発明の送達システム２０を使用したガラス形成
材料の提示（ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）の点で、ＭＣＶＤ法で可能なよりも高
い均一性が得られ、特に、取り込まれた希土類ドーパントの高い維持濃度に関連
して、このガラスまたは耐火チューブ内で得られたガラス形成層（単数または複
数）において、高い均一性が得られる。操作中では、ＨＶＰ法は、例えば、図１
で図示したＶＰＤ装置では、容器またはボート３２中に固体形態の希土類塩化物
を用意して、開始される。固体希土類塩化物源３２は、本質的に酸素および水分
のない状態で、適当な蒸気圧下にて固体希土類塩化物の少なくとも一部を蒸発さ
せるのに充分に高い温度に供されて、連続様式で、希土類塩化物積載蒸気を形成
する。この希土類塩化物積載蒸気は、ヘリウムの不活性ガス流れに乗って、高温
に供されたときにガラスを形成できる材料の蒸気と同時に、中空チューブ５の穴
内にある反応ゾーン５Ａに運ばれる。反応ゾーン５Ａの温度は、次いで、高めら
れて、チューブ５の表面５Ａにおいて、この希土類塩化物積載蒸気およびガラス
形成材料蒸気から、少なくとも１層のすす層が形成される。好ましくは、下流方
向（しかし、必ずしもそうではない）に３４２を数回通過させることにより、す
す層が生じる。このすす工程は、モノリシックガラス層を得るのとは反対に、Ｍ
ＣＶＤ法で使用される温度よりも約２００℃〜約３００℃低い熱ゾーン温度を利
用することにより、達成される。反応および層蒸着を生じるための熱ゾーン３４
２の移動方向は、上流および／または下流移動方向のいずれかまたは両方であり
得る。このＨＶＰ法では、通常、下流通過中にて、蒸着が利用される。ＨＬＰ法
（これは、次に述べる）では、この蒸着は、通常、上流通過で行われる。何故な
ら、この上流通過によって、多孔度の高い未焼結蒸着すす層が得られ、これは、
このすす層の希土類液体吸収という次の工程を適用する際に、有用であるからで
ある。特許第４，９０９，８１６号における蒸着は、二段階操作に備えて下流方
向で行われ、ここで、そのすす層は、比較的に高い蒸着温度を使用して、同じ蒸
着層の焼結と共に同時に形成され、その直後に、そのチューブは崩壊されて、ガ
ラスプレフォームを迅速に形成することに注目すべきである。しかしながら、活
性ファイバーを製造するためにプレフォームを形成するＨＶＰ法では、一般に、
三段階が適用され、ここで、第一段階は、すす層の蒸着であり、第二段階は、こ
のすす層の焼結であり、そして第三段階は、このチューブの崩壊である。さらに
、好ましくは、第一段階と第二段階との間には、介在段階が存在し得、これは、
崩壊前に、このすす層に水分および酸素除去段階を適用することを包含し、ある
いは、すす層の液体溶液ドーピング吸収に続いて、すす層の水分および酸素除去
段階を包含する。この蒸着段階中では、通信型光ファイバーの製造用のプレフォ
ームの大量生産を行うために、すすコンシステンシー（すなわち、さらに高い多
孔度；これは、特許第４，９０９，８１６号の方法では、敬遠されている）を有
する層を得るのに、さらに低い温度が使用される。

【００５２】このＨＶＰ法では、従って、好ましい実施形態では、まず、このすす層は、熱
ゾーン３４２の数回通過により、このチューブの内面５Ａで形成され、続いて、
二番目に、このチューブを通るＳＦ₆またはＣｌ₂（これは、塩化水素の形態で水
分を追い出す）の流れを用いて、蒸着したすす層から水分（Ｈ₂Ｏ）およびＯ₂を
パージし、続いて、三番目に、脱水したすす層を高温で焼結する段階となる。

【００５３】最後に、所定の目的（例えば、本明細書で開示したＨＬＰ法（以下で説明する
）に従って、希土類溶液含浸または吸収段階を使用することに続いて、次の水分
除去段階を使用して、このすす層から残留水分を除去し、続いて、焼結段階を使
用して、すす層をモノリシックガラス層に変換すること）に依存して、ガラスチ
ューブ５は、さらに高い崩壊温度を使用して、直ちに崩壊できる。

【００５４】以前には、希土類塩化物ボート３２に関して、特許第４，６６６，２４７号を
参照した。本発明のさらに他の利点は、複数のプレミックスチューブを用意する
ことにあり、その最内チューブでは、特許第４，６６６，２４７号の場合のよう
に、媒介物（例えば、ＡｌＣｌ₃）と混合せずに、内部キャリヤガスで、まず、
希土類成分をその固体状態から作ることが可能であり、それにより、この希土類
蒸気を形成するのに必要な蒸気圧を高くすることに注目すべきである。他方、図
１の実施態様では、この希土類固体蒸発工程は、形成された希土類蒸気を界面２
０２を経由して第二チューブ２２０で媒介物と混合する前に、不活性ガスの存在
下にて、このような媒介物（これは、その蒸気圧に影響を及ぼす）なしで、低い
蒸気圧で行われる。ボート３２で確立された低い蒸気圧は、ボート３２の不活性
ガスおよび温度に左右されるにすぎない。

【００５５】チャンバー２４に関連して、酸素のない雰囲気を得るためにシリカウールを使
用することは、好ましくないアプローチであることもまた、特許第４，６６６，
２４７号から注目すべきである。何故なら、この希土類塩化物が容易にシリカウ
ールと反応し得、この材料全体にわたって酸化物を形成し、１回の作業から得ら
れる希土類塩化物の混合の次への再現性が同じとならないからである。浸透性ガ
ラスフリットを使用する場合、この材料は、非常に不活性であり、最外ガラスフ
リット界面２２２の外面では、酸化物が形成され得るものの、その浸透性には実
質的に影響を及ぼさず、同じガラスフリット界面を使って、複数のガラスプレフ
ォームを製造するのに同じ希土類塩化物ボートを使用した複数回の作業を行うこ
とができるようになる。

【００５６】要約すると、本発明の特徴は、不活性ガスで運ばれる蒸気形態で、均一な連続
量の高濃度希土類を得ることにあり、これは、酸素なしで、ボート（これは、時
間の経過と共に、蒸発させる固体形態希土類の表面（その寸法は変わらない）を
連続的に露出する）を使用して、達成される。また、この希土類ボートを取り囲
む環状ヒーターを使用して、媒介物（例えば、ＡｌＣｌ₃）との混合前に、蒸気
形態で、高濃度の希土類を得るために、高い蒸気圧が達成され得、これは、流れ
調整器分離のために、媒介物混合前に、希土類発生工程から分離される。この希
土類発生工程中に、この送達システムにこのような媒介物が存在すると、蒸気形
態で高レベルの希土類濃度が得られない。この制御された分離は、所定の多孔度
を有する第一不活性石英フリット界面を使用することにより、達成される。環状
ヒーターを使用する固体状希土類源は、この希土類ボートにおいて、高い蒸気圧
を与え、その結果、高濃度の希土類を積載した蒸気が生じる。所定の多孔度を有
する第二不活性石英フリット界面は、第二流れ調整器（これにより、発生した比
較的に高濃度（少なくとも２％またはそれ以上）の希土類蒸気と媒介物との混合
が、他のガラス形成成分とのそれらの反応ゾーンへの導入の前に、可能になる）
として機能する。また、重要なことに、第二フリット界面は、この希土類成分の
調製領域に酸素が戻ってくる（ｆｅｅｄｂａｃｋ）のを防止する。内部チューブ
２００と比較して、外部チューブ２２０では、さらに高い圧力が発生することを
考慮して、これらのフリット界面の厚さおよび多孔度を、それらの各送達チュー
ブの直径に関連して決定することは、重要である。フリットの多孔度を考慮する
際に、この希土類積載塩化物蒸気、ならびにこの塩化アルミニウム積載蒸気は、
このフリット界面を容易に貫通すべきであるが、酸素を取り込んだ他の気体がチ
ューブ２２０および２００に逆流する可能性を許容するほどには大きくない。実
際、本発明者らは、外部フリット界面２２２の外面２２２Ａでは、ある程度まで
、ガラス形成材料の酸化物が形成されるが、酸素は、このフリット界面を通って
貫通できないことを発見した。フリット界面２０２および２２２は、３つの機能
を果たす。第一に、これらは、制御された量の希土類および媒介物蒸気の前方下
流方向での流れ調整器として、機能する。第二に、これらは、逆流防止器として
、機能する。第三に、これらは、その希土類ガスが加熱反応ゾーンのすぐ上流に
あるガラス形成成分との一般的な混合および反応用にチューブ５の内部に導入さ
れる前に、酸素が逆流でこのフリット界面を通って希土類ガスを汚染するのを許
容するよりもむしろ、このフリット界面の外面で形成される酸化物用の吸引器（
ａｔｔｒａｃｔｅｒ）として、機能する。

【００５７】このＨＶＰ法だけによって製造された光ファイバープレフォームは、測定する
と４重量％程度の極めて望ましい希土類塩化物濃度を有していた。例えば、実施
例１、１Ａ〜１Ｃ、１Ｄおよび１Ｆ、および実施例３、３Ａ、３Ｂ〜３Ｃおよび
３Ｄ（下記）を参照せよ。実施例１と実施例３との比較から明らかなように、非
常に高い反応温度（例えば、米国特許第４，９０９，８１６号で開示されたＭＣ
ＶＤ法で例示された温度、または微粒子すす層の段階的な蒸着および焼結とは対
照的に、米国特許第４，２１７，０２７号で例示された温度）下にて、このガラ
ス層を直ちに統合ガラス（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄｇｌａｓｓ）として蒸着
することからは、このような高濃度の実現に関して、差異は認められない。

【００５８】このＨＶＰ法だけで、殆どのファイバーレーザー用途に充分な希土類ドーパン
ト濃度を達成できるのに対して、前述のＨＬＰ法と共に使用すれば、さらに高い
濃度が達成できる。

【００５９】このＨＬＰ法によれば、所望の光学特性を生じるのに適した規定濃度および構
造的分布（ｓｔｒｕｃｔｕａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）の希土類含有ドー
パント材料は、すす蒸着および溶液ドーピングの両技術を使用して該ドーパント
材料を連続的に導入することにより、増加的に（ａｃｃｒｅｔｉｖｅｌｙ）蓄積
される。このような伸長に計測した拡大（ａｃｃｒｅｔｉｖｅ）導入により、望
ましい均一濃度の希土類含有ドーパント材料を有する光ファイバープレフォーム
が、いずれかの方法だけで可能な程度以上に、得ることができる。

【００６０】このすす蒸着工程は、一般に、まず、ガラス形成前駆材料の蒸気を中空チュー
ブ５の穴に導入することにより、次いで、少なくとも１層の多孔質または微粒子
すす層を該穴の表面上に蒸着するのに充分な温度および期間で該前駆材料を酸化
することにより、達成される。この蒸気は、第一量の希土類ドーパント材料を含
有するように、調合される。本発明に従って、このドーパント材料は、希土類イ
オン（すなわち、ランタノイド系列（原子番号５７〜７１）の元素のイオン）源
を含有する。

【００６１】本発明の完成に重要なものとして、溶液ドーピングをさらに受ける層の蒸着で
は、その温度は、周知の蒸気相酸化反応には充分に高いが、蒸着したシリカを焼
結する程には充分に高くすべきでないことを理解しておくべきである。その最終
結果は、約０．５ｇ／ｃｃの密度を有する多孔質または微粒子層であるべきであ
る。これより高い温度では、酸化した粒子は、蒸着時に、殆ど即座に焼結して、
結果的に、ガラス層を形成し、これは、そのモノリシックな性質により、引き続
いた処理で液状ドーピング溶液を含浸できない。すす蒸着が終結すると、肉眼で
の観察により、このチューブの穴を被覆している不透明で粉末状のフロスチング
（ｆｒｏｓｔｉｎｇ）が現されるはずであり、これは、顕微鏡では、裂け目、空
孔、割れ目および／または毛細管の一般に均一な分布を有する多孔質または微粒
子すす層を示すはずである。

【００６２】このすす蒸着層の隙間空間には、ドーパント溶液が導入されるが、これは、こ
の溶液を少なくとも１層の多孔質または微粒子すす層に吸収させるのに適当な条
件に供される。本発明に従って、このドーパント溶液は、第二量のドーパント材
料を含有する。第一量のドーパント材料と同様に、この第二量はまた、希土類イ
オン源を含有する。標的すす層に含浸されると、この希土類成分は、得られる光
ファイバープレフォーム中にさらに取り込むのに利用可能となり、それゆえ、こ
のプレフォームの最終希土類含量を相加的に高めるのに利用可能となる。この第
一および第二ドーパントの取り込みはまた、それに加えて、それぞれ、蒸気形態
および液体形態で、屈折率調節または改変成分（例えば、Ａｌ、ＢまたはＰのハ
ロゲン化物または酸化物）を含み得る。

【００６３】好ましい実施モードでは、このすすは、比較的に長時間（例えば、室温で数時
間）にわたって、所望の溶液に浸される。この含浸手順は、真空および／または
熱を加えることにより、加速できる。特に、このすす被覆チューブを保持してい
る容器は、低圧（または真空）までポンプ上げされ、または加熱され、または真
空にして加熱され、次いで、この容器には、すす被覆チューブを完全に浸すのに
充分な容量で、ドーパントと共に、この溶液が導入される。この標的すす層の隙
間が完全に含浸された後、残留溶液は、流し出される。このドーパントを含浸し
たすすは、次いで、外気で、または不活性雰囲気で、または真空下にて、およそ
１５０℃〜２５０℃で乾燥される。その後、この温度は、酸素下または富酸素雰
囲気下にて、およそ７５０℃〜８５０℃の範囲内まで上昇されて、この希土類ド
ーパント前駆体（例えば、希土類塩化物）を酸化する。この溶液含浸操作は、こ
のドーパントの濃度を高めるために、数回繰り返すことができる。この脱水また
は水和分割（ｈｙｄｒａｔｉｏｎｐａｒｔｉｔｉｏｎ）工程を促進するために
、この雰囲気には、塩化物、ＳＯＣｌ₂、ＣＣｌ₄またはＳＦ₆ガスが導入できる
。

【００６４】溶液ドーピング後、この中空チューブは、その中で蒸着したすすを焼結してチ
ューブを崩壊するのに充分な温度および期間で加熱されるが、該焼結および該崩
壊は、同時または逐次のいずれかで、起こる。好ましい実施モードでは、ドープ
したすすを含有するチューブは、２，０００℃を超える温度で、統合したロッド
様プレフォームへと崩壊される。

【００６５】得られた光ファイバープレフォーム１０は、その中に、一定量の希土類ドーパ
ント材料が取り込まれており、これは、該第一および第二量の実質的に両方の希
土類ドーパント材料を含む。取り込んだ材料の一部が失われる可能性だけでなく
、ドーパント材料を導入する別の機会を利用し得るので、材料の最終濃度は、両
段階の合体（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｎｔｓ）を証明するものの、必ずしも、両方の
生成物の正確な合計ではなく、それより多いか少ないかいずれかであり得る。

【００６６】本明細書中に含まれる教示に照らして、当業者により、このＨＶＰ法およびＨ
ＬＰ法を実施するいくつかの様式が開発され実施できるものの、両方法のいずれ
かまたはそれらの組合せの蒸気相蒸着段階を行うために、図１で概略的に図示し
たＶＰＤ装置を使用し得る。本発明の実施には、以下の方法を考慮している。第
一のアプローチでは、このＨＶＰ法は、固体形態の希土類ドーパント（これは、
その蒸発中に、露出寸法均一性を有する）を使用することを包含する。これは、
希土類塩化物ボート３２を使用することにより、図１で例示されている。第二の
アプローチでは、このＨＶＰ法は、希土類キレート蒸気源１２４を固体状希土類
源３２と共に組み合わせて使用して、このガラス形成混合物中にて、さらに高い
濃度の希土類成分または希土類成分の組合せを得ることを包含する（これらの２
つの供給源は、共ドーピングを行うために、異なる希土類成分（例えば、Ｅｒお
よびＹｂ）を供給し得る）。第三のアプローチでは、蒸着すす層中の希土類ドー
パント濃度を高めるために、第一のアプローチのＨＶＰ法は、このＨＬＰ法と組
み合わせて使用される。第四のアプローチでは、第二のアプローチのＨＶＰ法は
、蒸着すす層（これは、次いで、引き続いて、脱水および焼結されて、高い希土
類濃度および高い光学均質性のモノリシックガラス層を形成し得る）中の希土類
ドーパント濃度を最大にするために、このＨＬＰ法と組み合わせて使用される。

【００６７】今ここで、図７を参照すると、これは、本発明を包含するＨＶＰ法の改良を図
示している。図７の同じ構成要素について、同じ識別番号を有する図１実施態様
中の構成要素の記述は、図７の構成要素に同等に適用できる。図７での改良は、
互いに対して隣接した関係で位置している複数の希土類ボート３２および３２Ａ
を含む送達システム２０Ａに関する。各希土類ボートは、先に記述した方法によ
り作製され、この場合、一方のボートは、１種の希土類のハロゲンから構成され
得、そして他方は、他種の希土類のハロゲンから構成される（例えば、それぞれ
、ＥｒＣｌ₃およびＹｂＣｌ₃）。ボート３２および３２Ａが同じ希土類ハロゲン
を有すること、またはこのようなボートを数個設けることができること（この場
合、各々は、好ましくは、その独自の環状ヒーター３６０および３６０Ａを有し
、これらは、各希土類源の蒸発を制御するために、その各個のボート領域に対し
て、熱を集中している）は、本発明の範囲内である。それゆえ、チューブ２００
内に位置している各個の希土類成分の蒸気圧に依存して、ヒーター３６０および
３６０Ａは、各ボート３２および３２Ａに由来の希土類蒸気（これは、界面２０
２および２２２を経て、主要ガラス形成ガス流へと供給され、そして領域５Ｂで
、それと混ぜられる）の所望比を生じるように、独立して制御され得る。

【００６８】今ここで、図８で図示した本発明のさらに別の改良を参照する。マルチ石英ガ
ラスチューブ送達システム８００は、図１で示したシステムの場合と同様に、一
連の気体（これは、最終混合前に発生され、引き続いて、送達チューブ８０８を
経由して、ガラス形成ガスと混合される）を独立して供給する複数の送達チュー
ブ８０２、８０４および８０６を含む。それゆえ、混合領域８３０で酸素および
ガラス形成取込蒸気の他の酸化物と混合して、それからチューブ５の内面での反
応および蒸着のために下流に流れる前に、希土類蒸気および他の金属蒸気（例え
ば、媒介物（例えば、ＡｌＣｌ₃）の場合）を発生することは、本発明の範囲内
である。図１の実施態様の場合と同様に、最内チューブ８０２は、入口８０３か
らチューブ８０２へと供給される不活性ガス（例えば、ヘリウム）と共に、固体
形態の希土類ハロゲン化物（例えば、希土類塩化物）のボート８１８から構成さ
れ得る。ヒーター８２２は、この希土類を蒸発して気体取込形状（これは、浸透
性ガラスフィット（ｆｉｔ）界面８１２を通過して、チューブ８０６および加熱
ゾーン８２８に入るが、この加熱ゾーンは、他のボート８２０を含み、これは、
第二希土類ハロゲンまたは媒介物固体形態（これは、ヒーター８２４および対応
する温度の加熱ゾーン８２８により規定される速度で、蒸発する）から構成され
得る）にする加熱ゾーン８２６を提供する。この希土類蒸気中でさらに高い濃度
を得るために、領域８２６での希土類の蒸発は、領域８２８で発生する他の蒸発
成分と混合する前に、単独で行われ、領域８２６および８２８で発生する両成分
は、それらが発生するとき、酸素、または多分、ガラス形成材料の他の酸化物に
より、非常に汚染を受け易いが、それらは、ガラスフィット界面８１２、８１４
および８１６（特に、界面８１２および８１４）によって、保護される。導入前
、チューブ８０２および８０４中で発生した無酸素成分と共にガス形成酸素取込
蒸気との導入前の他の前混合は、ガラスフリット界面８２９を通過してガラス形
成材料との混合領域８３０に入る前に、そのチャンバ８２９中の第三チューブ８
３０内で、行われ得る。このような混合の例は、不活性ガス取込希土類蒸気、追
加媒介物またはガラスドーパントであり得る。送達チューブ８０２および８０４
が、チューブ８１６の内部または穴内で、隣接した関係で位置し得、独立して供
給された不活性ガス源を経由して、別個の希土類固体形態が独立して発生して、
チューブ８０６の領域８２９でそれらを混合する前に、蒸気形態の各個の希土類
のできる限り最高の濃度が達成できることは、本発明の範囲内であることに注目
すべきである。このような場合、ボート８１８および８２０は、同じまたは異な
る固体形態の希土類を含有し得るか、またはこのようなボートの１個は、このガ
ラス形成工程で使用される他の固体形態の材料（例えば、ガラスドーパントまた
は媒介物）を含有し得る。仕上げ光ファイバープレフォーム１０は、出発物質と
して使用でき、そこから、種々の光ファイバー製品のいずれかが製造できる。し
かしながら、本明細書中で記述した方法を実施することにより可能になる高濃度
の希土類ドーパントを考慮すると、仕上げ光ファイバープレフォーム１０は、二
重クラッドファイバーレーザーの製造に特によく適している。ファイバーレーザ
ー中のガラスコアは、他の光ファイバー製品と同様に、ファイバーの一端から他
端へと光を伝導する部分である。それは、単一モードまたはマルチモードのいず
れかであり得るが、レーザー用の活性希土類イオンを含有しなければならない。
伝導する光をこのコア内で保持するのを助けるために、この光ファイバーの内部
クラッディングおよびコアを取り囲む外部クラッディングが望ましい。しかしな
がら、このようにしてファイバーを引き出しクラッディングする前に、この光フ
ァイバープレフォームに対して、ポスト崩壊プレ引出改良（例えば、「リスリー
ビング（ｒｅｓｌｅｅｖｉｎｇ）」）を考慮すべきである。

【００６９】このような改良の１つに関して、同心円プレフォームから引き出したファイバ
ーでは、好ましくない光学的結果が得られるのに対して、オフセットコア（ｏｆ
ｆｓｅｔｃｏｒｅ）の円形または長方形または多角形のプレフォーム形態を使
用すると、良好な結果が得られることは、注目される。これらの形態は、しかし
ながら、製造するのに費用がかかり、また、一定の市販の標準ファイバーには容
易に適合しない。さらに最近では、最初は円形断面で製造したが引き続いて僅か
に機械的に研磨して変形し僅かな片寄りを加えた（その部分以外は、実質的に均
一な円形断面形状である）プレフォームから引き出したファイバーにおいて、良
好な光学的結果が得られている。この僅かに不完全部分の型のうち、モードスク
ランブリング（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）を高めるのに非常に有用であると判明し
たものは、簡単な平面または凹面であり、これらはまた、幸いなことに、研磨が
容易であり、適当な形状の研磨器具を比較的に少ない回数で通過させる必要があ
るにすぎない。反対側に研磨した２個の非常に小さな平坦部を有する以外は円形
断面形状のファイバープレフォームから、良好な吸収効率を有する光ファイバー
が引き出された。例えば、図２を参照すると、この図は、潜在断面Ａ−Ａおよび
Ｂ−Ｂを図示しており、これは、研磨または他のこのような方法で取り除かれ得
、平坦部１３および１５を形成する。

【００７０】この改良プレフォームにある僅かに不完全な部分は、本質的に、モードスクラ
ンブラーとして機能する。この点で、実質的に円形のファイバー経路を通る内反
射による光の伝播では、その光の特定の成分は、そのファイバー経路長の下に連
続的に内部反射して、一貫して繰り返す幾何学的パターンで内部通路面と角度を
なし、多分、全内面から反射するが、その移行の際に、このファイバーの中心領
域を通って伝播することは全くないことが理解される。従来の二重クラッドファ
イバーレーザーでは、この中心領域は、活性ゲイン種（これは、入力光をレイジ
ング放射線に集中するのに役立つ）を含むファイバーコアで占有されている。こ
の中心領域に入力光が伝播しない程度まで、それは吸収されず、それゆえ、得ら
れるレイジング放射線の強度が低下する。この僅かな不完全部分は、それ以外は
不変の円形内面であるものの少なくとも１つの内面において、そのファイバー内
反射率（それは、有効反射角に特に関係している）を本質的に変えることにより
、それゆえ、連続的に繰り返す幾何学的内反射パターンの可能性を乱すことによ
り、この結末を妨げるのに役立つ。

【００７１】２個の平坦部を使用することは、１個、３個またはそれ以上の平坦部よりもむ
しろ、最適であると考えられる。１個の平坦部は、得られたファイバーが非対称
であり、従って、他の光ファイバーアセンブリへの簡単な溶融スプライシングま
たは接続に対して障害となるという欠点がある。３個またはそれ以上の平坦部は
、２個の平坦部よりも多くの「角部」を生じ、それゆえ、さらに多くの内部散乱
が起こるが、それに加えて、余分な作業が必要であり、製作費用が高くなる。

【００７２】一般に、ファイバー内部クラッディング５の直径の約５％〜１０％の深さの平
坦部１３および１５は、良好なモードスクランブリングを与えるのに充分である
ことが分かっており、約１％〜２５％の範囲は、それよりも望ましくないが、そ
れにもかかわらず、許容できる範囲である。この点で、１％未満の深さは、著し
い利点がなく、また、このプレフォームに２５％より大きな深さでプレフォーム
へ平坦部を研磨する際に必要な労力は、所望のモードスクランブリングを達成す
るのに必要な労力よりもはるかに大きく、他のファイバーアセンブリとの適合性
の利点は失われる。

【００７３】光ファイバー２０プレフォームに不完全部分を備えることは、機械的な研磨に
よって、非常に容易に達成されると考えられるものの、代替的な実施モードでは
、それ以外は不変の円形内面の少なくとも１個の内面でのファイバーの角度反射
率を変えることは、化学的に達成され得ると想定されている。例えば、イオン拡
散工程によって、このファイバー面材料は、イオン塩浴に浸出して、それ以外は
その均一な面の光学特性を変える。

【００７４】他の代替物は、モードスクランブリング向上に関連した開示および示唆を考慮
して、当業者に明らかとなる。これ以上の情報は、１９９７年４月３日に公開さ
れたＰＣＴ公報ＷＯ９７／１２４２９で入手できる。

【００７５】さらに、本明細書中で記述した新規方法により製造したプレフォームに対して
、このような製造後モードスクランブリング向上工程を使用することにより、独
特の特性が得られるものの、その用途は、他の様々なプレフォーム製造方法にま
で拡張できる。例えば、このモードスクランブリング向上工程は、いわゆる改変
化学蒸着（ＭＣＶＤ）法（例えば、米国特許第４，９０９，８１６号（ＭａｃＣ
ｈｅｓｎｅｙら）で記述された方法）により製造されたプレフォーム、またはい
わゆる外側蒸気相酸化（ＯＶＰＯ）法または外側蒸着（ＯＶＤ）法（例えば、米
国特許第３，８０６，５７０号（Ｆｌａｍｅｎｂａｕｍら）で論述された方法）
により製造されたプレフォーム、またはいわゆる蒸気軸蒸着（ＶＡＤ）法（例え
ば、米国特許第４，０６２，６６５号（Ｉｚａｗａら）で記述された方法）によ
り製造したプレフォームを使って、利用できる。

【００７６】製造後工程が使用されるかどうかに関係なく、この中空チューブを崩壊して、
いずれの内部空孔もなしに、固体圧密プレフォームを形成した後、図３Ａで概略
的に図示しているように、このプレフォームの一端を炉に挿入してプレフォーム
を加熱することによる通常様式で、光ファイバーが形成され得る。このプレフォ
ームを加熱した後、バイト（ｂａｉｔ）ロッドまたは他の器具が使用されて、こ
の材料を１段階以上で光ファイバー（これは、出発プレフォームの最初の断面形
状を保持している）に引き出すことができる。

【００７７】引き続いて、引き出したファイバー上に、外部クラッディング４０が蒸着され
るが、これは、当業者に公知の従来方法のいずれかを使用して行うことができる
工程である。しかしながら、好ましい方法では、引き出した光ファイバーは、図
３Ｂで開示したような装置を使用して、１９９６年７月９日にＲ．Ａ．Ｍｉｎｎ
ｓに発行された米国特許第５，５３４，５５８号で開示されているような光重合
可能組成物で被覆される。図３Ｂの装置は、このガラスプレフォームを含有する
オーブン２を含む。オーブン１６の下には、２個の被覆カップ４および６が配置
されており、各々は、この光重合可能な外部クラッディング組成物を含有する。
被覆カップ６の下には、紫外線ランプ８（例えば、ＦｕｓｉｏｎＲｅｓｅａｒ
ｃｈの電極なし（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ）紫外線水銀灯）が配置されてお
り、ランプ８の下には、キャプスタン７が配置されている。この装置は、さらに
、巻き揚げロール９を含む。典型的には、およそ０．５インチ／秒の速度で、キ
ャプスタン７により、オーブン１６から、光ファイバーが引き出され、引き出さ
れたファイバー１０は、被覆カップ４および６を通過する。これらのカップは、
下流方向にテーパを付けた円錐基部を備え付けており、各円錐の頂点は、このカ
ップの底部を通る垂直穴を有する。この穴の直径は、この光重合可能組成物で被
覆した光ファイバーの所望直径に等しく、その結果、穴は、このファイバーから
過剰の光重合可能組成物を除外するかまたは拭き取るように、機能する。このフ
ァイバーは、その上に未硬化の光重合可能組成物を有するが、次いで、ＵＶラン
プ８を過ぎて横断し、その場所で、その溶液は、硬化されて、光ファイバー１０
上に、粘着性の透明クラッディングを生じる。

【００７８】もし、望ましいなら、被覆したクラッドファイバー１０をロール９上に巻き付
ける前に、このクラッドファイバーは、追加紫外線ランプ下にて、追加被覆カッ
プに通されて、典型的には柔軟な外部ポリマークラッディング４０を損傷から保
護するために、耐久性外部被覆５０が塗布され得る。被覆５０が完了した後、被
覆したファイバー１０は、次いで、ロール９に巻き付けられる。

【００７９】最後に、ファイバー増幅器またはファイバーレーザー用途または他のファイバ
ーゲイン媒体用途のために、連続長の引出ファイバーを分割する際に、実用的な
理由から、このようなレーザーおよび／または増幅器用のガラスファイバーの長
さは、取り扱い上、過度に長くするべきではなく、また、短すぎてもいけないこ
とに注意すべきである。特に、このファイバーに１回またはせいぜい２回通過す
ると末端に集中した実質的に全ての入力ポンプ光が吸収されるように、比較的に
短いファイバーを有し充分に高い濃度の希土類ドーパント材料を有するレーザー
および／または増幅器を作製することが、望ましい。さらに具体的には、もし、
この装置をレーザーとして使用するなら、この入力ポンプ放射線の実質的に全て
は、このファイバーに１回または２回通過させて吸収されるはずであるのに対し
て、もし、この装置を増幅器として使用するなら、この入力ポンプ放射線の実質
的に全ては、このファイバーに１回通過させるだけで、吸収されるはずである。

【００８０】本発明は、今ここで、その実施態様の数個の以下の実施例により、さらに詳細
に記述する。これらの実施例は、本発明のＨＶＰ法およびＨＬＰ法の例示として
提供されており、これらの方法の適用範囲の網羅または限定として解釈されるの
ではなく、各々は、特定のプレフォーム引出活性ファイバーに対する条件に最も
適合し得るので、得られたプレフォームが当業者に理解できるように種々の形状
で改良され得るように、これらの方法を実用に供する様式を例示するために、示
されている。他に示されなければ、すべての部、パーセント、率などは重量によ
る。

【００８１】（実施例）（実施例１）以下の表Ｉで示したベースガラス蒸着主成分およびパラメータを使用して、光
ファイバープレフォームを作製した。

【００８２】

【表１】さらに特定すると、蒸着中、ここで列挙した成分を含有するガラス形成蒸気を
、図１で図示したマルチ同心送達システム２０の外部送達チューブ２４０を通っ
て、石英チューブ５の穴に入れて、反応させ、すす層を形成した。この表で示さ
れているように、これらのすす層は、後に、このプレフォームの内部クラッディ
ングを含むが、蒸着完結時（すなわち、第３回目の「通過」後）に、焼結される
。

【００８３】これらのコア層の蒸着中にて、ヘリウムガス流（これは、およそ３００ｃｃ／
分の流速を有する）を、塩化アルミニウム材料に通したが、これは、図１で示し
たカラム１２２に装填し、そして１２０℃〜１５０℃まで加熱した。得られたヘ
リウム流（これは、ＡｌＣｌ₃蒸気を積載している）を、マルチ同心送達システ
ム２０の送達チューブ２２０を通って、石英チューブ５の穴に入れた。同時に、
ヘリウムガス流（これもまた、およそ３００ｃｃ／分の流速を有する）を、塩化
イッテルビウム材料に通したが、これは、中心送達チューブ２００の内側に位置
している希土類塩化物ボート３２に装填し、そして（所望濃度に依存して）、約
９１０〜９３０℃の範囲内で加熱した。

【００８４】得られたヘリウム流（これは、希土類塩化物蒸気を積載している）を、ヘリウ
ムガス流（これは、およそ７００ｃｃ／分の流速を有する）でさらに希釈し、そ
して石英チューブ５の穴に入れた。ガラスフィット２０２および２２２を使用し
て、ＡｌＣｌ₃流および塩化イッテルビウム流を、そのベース蒸気流に展開した
が、これらは、上述のように、反応して、すす層を形成する。これらのすす層を
、引き続いて、約１〜２時間にわたって、５０ｃｃ／分の塩化物ガス流に曝すこ
とにより、乾燥し、次いで、崩壊させた。

【００８５】この仕上げ光ファイバープレフォームのコア組成は、標準Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓで決定した。収集データ（モル％）は
、以下である：９８．４％のＳｉＯ₂、０．６５％のＡｌ₂Ｏ₃、０．６％のＧｅ
Ｏ₂および０．３％のＹｂ₂Ｏ₃。さらに分析することにより、この光ファイバー
プレフォームは、水分含量が低いことが明らかとなった。減衰は、１μｍより長
いレイジング波長で、およそ４ｄＢ／Ｋｍ程度に低いことが判明した。その減衰
曲線は、図４で示す。

【００８６】（実施例１Ａ〜１Ｃ）実施例１で使用した方法により、３個の光ファイバープレフォーム（すなわち
、実施例１Ａ〜１Ｃ）を作製した。しかしながら、実施例１Ａについては、その
塩化イッテルビウム材料を９３０℃で蒸発させ、実施例１Ｂでは、９５０℃で蒸
発させ、そして実施例１Ｃでは、９８０℃で蒸発させた。実施例１Ａ〜１Ｃの各
々のコア組成は依然として同じであったが、酸化イッテルビウム濃度は、実施例
１Ａから実施例１Ｃへと増加し、すなわち、蒸発に使用した温度の上昇に伴って
、増加したことが認められた。実施例１Ｃの酸化イッテルビウム濃度は、３重量
％より高かった。

【００８７】（実施例１Ｄ）実施例１で使用した方法により、光ファイバープレフォームを作製した。しか
しながら、本実施例では、そのコアすす層を形成するために４回通過を行う代わ
りに、８回通過を行った。得られた光ファイバープレフォームは、実施例１のプ
レフォームと類似のコア組成を有していたが、コア直径が大きく、それゆえ、マ
ルチモード光ファイバーの引出によりよく適していた。

【００８８】（実施例１Ｅ）実施例１で使用した方法により、光ファイバープレフォームを作製した。しか
しながら、本実施例に関して、塩化イッテルビウムの代わりに、９１０℃まで加
熱した塩化エルビウムを使用して、希土類塩化物蒸気を発生させた。得られた光
ファイバープレフォームは、およそ２．５重量％のＥｒ₂Ｏ₃濃度を有していた。
クラスター形成による失透は、観察されなかった。

【００８９】（実施例１Ｆ）実施例１で使用した方法により、Ｙｂ：Ｅｒを共にドープした光ファイバープ
レフォームを作製した。しかしながら、塩化イッテルビウムに加えて、塩化エル
ビウムを第二塩化物ボートに装填し、そして中心送達チューブ２００の内側にあ
る塩化イッテルビウムの隣に位置づけた。両方の希土類塩化物は、９９８℃で蒸
気を発した。得られた光ファイバープレフォームは、均質であり、適当な濃度の
Ｅｒ₂Ｏ₃、および４．０重量％のＹｂ₂Ｏ₃濃度を有していた。

【００９０】（実施例２）すす蒸着法および溶液ドーピング法の組合せにより、希土類ドーパントを有す
る光ファイバープレフォームを作製した。すす蒸着は、以下の表ＩＩで示したベ
ースガラス蒸着主成分およびパラメータを使用したこと以外は、実施例１で記述
した様式で、行った。

【００９１】

【表２】実施例１とは異なり、すす蒸着に続いて、すすのコア層は、引き続いて焼結せ
ず、また、そのチューブを崩壊しなかった。むしろ、そのすすプレフォームを管
状容器に配置し、引き続いて、約１〜１０^-1Ｔｏｒｒよりも低い圧力まで脱気し
た。この溶液は、以下の表ＩＩＩで示した成分を含有することが示されるが、真
空下にて、この容器に導入し、そのすす被覆チューブを浸した。

【００９２】

【表３】およそ２時間後、このドーピング溶液を流し出し、このすす被覆層を、およそ
１５０℃〜２５０℃で乾燥した。この浸漬手順を繰り返した。

【００９３】次いで、このすす被覆チューブを脱水し、か焼し、そして焼結し、崩壊して、
仕上げ共ドープ光ファイバープレフォームを得た。脱水は、Ｃｌ₂（これは、５
０ｃｃ／分〜８０ｃｃ／分で送達した）およびＯ₂（これは、１，０００ｃｃ／
分で送達した）を含有するガス流を使用して、１５０℃で、およそ３０分間にわ
たって行い、次いで、約７５０℃〜８００℃で、約２時間にわたって行った。焼
結および崩壊は、このチューブの穴に通したガス流（これは、Ｏ₂およびＨｅ（
両方とも、１，０００ｃｃ／分で送達した）を含有する）を使用して、約１，９
６０℃〜１，９８０℃の範囲の温度で、１回通過させて行った。

【００９４】仕上げ共ドープ光ファイバープレフォームのコア組成は、標準Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓで決定したが、２．５重量％のＹ
ｂ₂Ｏ₃、０．３重量％のＥｒ₂Ｏ₃、および９７モル％よりも高いシリカ含量を含
んでいた。

【００９５】（実施例３）以下の表ＩＶで示したベースガラス蒸着主成分および蒸着パラメータを使用し
て、光ファイバープレフォームを作製した。

【００９６】

【表４】さらに特定すると、蒸着中、ここで列挙した成分を含有するガラス形成蒸気を
、図１で図示したマルチ同心送達システム２０の外部送達チューブ２４０を通っ
て、石英チューブ５の穴に入れた。上記実施例１および２とは異なり、各通過に
おいて、高温を使用したところ、石英チューブ５の内面に、モノリシックガラス
層が直ちに蒸着した。

【００９７】これらのコア層の蒸着中にて、ヘリウムガス流（これは、およそ３００ｃｃ／
分の流速を有する）を、塩化アルミニウム材料に通したが、これは、図１で示し
たカラム１２２に装填し、そして１２０℃〜１５０℃まで加熱した。得られたヘ
リウム流（これは、ＡｌＣｌ₃蒸気を積載している）を、マルチ同心送達システ
ム２０の送達チューブ２２０を通って、石英チューブ５の穴に入れた。同時に、
ヘリウムガス流（これもまた、およそ３００ｃｃ／分の流速を有する）を、塩化
イッテルビウム材料に通したが、これは、中心送達チューブ２００の内側に位置
している希土類塩化物ボート３２に装填し、そして（所望濃度に依存して）、約
９１０〜９３０℃の温度範囲内で加熱した。

【００９８】得られたヘリウム流（これは、希土類塩化物蒸気を積載している）を、ヘリウ
ムガス流（これは、およそ７００ｃｃ／分の流速を有する）でさらに希釈し、そ
して石英チューブ５の穴に入れた。ガラスフリット２０２および２２２を使用し
て、ＡｌＣｌ₃流および塩化イッテルビウム流を、そのベース蒸気流に展開した
が、これらは、次いで、非常に高い温度（すなわち、約１，８００℃〜１，８５
０℃の範囲）で反応して、この穴の表面に、１層またはそれ以上の非晶質ガラス
層を形成する。このチューブを崩壊すると、仕上げ光ファイバープレフォームが
得られた。

【００９９】この仕上げ光ファイバープレフォームのコア組成は、標準Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓで決定した。収集データ（モル％）は
、実施例１で回収したものと同じであり、これは、同様に、以下である：９８．
４％のＳｉＯ₂、０．６５％のＡｌ₂Ｏ₃、０．６％のＧｅＯ₂および０．３％のＹ
ｂ₂Ｏ₃。

【０１００】（実施例３Ａ）実施例３で使用した方法により、プレフォームを作製した。しかしながら、そ
のコア層の蒸着中に非常に高い温度を使用して直ちに非晶質ガラスを形成する代
わりに、約１，６５０℃という比較的に低い温度を使用して、すす層を蒸着した
。これらのすす層を、次いで、約１〜２時間にわたって、５０ｃｃ／分の塩化物
で処理して、水の除去を高め、次いで、およそ１，９８０℃〜２，０００℃で焼
結して、すす層を均一ガラス層に溶融した。その中空チューブを崩壊したところ
、固体円筒形光ファイバーチューブが得られた。この仕上げプレフォームは、実
施例３のプレフォームと類似の組成であった。その減衰は、１μｍより長いレイ
ジング波長で、およそ４ｄＢ／Ｋｍ程度に低かった。

【０１０１】（実施例３Ｂ〜３Ｄ）実施例３で使用した方法により、３個の光ファイバープレフォーム（すなわち
、それぞれ、実施例３Ｂ〜３Ｄ）を作製した。しかしながら、実施例３Ｂについ
ては、その塩化イッテルビウム材料を約９３０℃で蒸発させ、実施例３Ｃでは、
約９５０℃で蒸発させ、そして実施例３Ｄでは、約９８０℃で蒸発させた。

【０１０２】分析すると、実施例３Ｂ〜３Ｄの各々のコア組成は実質的に同じであったが、
酸化イッテルビウム濃度は、実施例３Ｂから実施例３Ｄへと増加し、すなわち、
蒸発に使用した温度の上昇に伴って、希土類酸化物濃度が増加したことが認めら
れた。実施例３Ｃの光ファイバープレフォームの酸化イッテルビウム濃度は、３
重量％より高かった。

【０１０３】（実施例４）ドーパント前駆体としてＮｄ−シクロペンタジエンを使用して、本発明による
プレフォームを作製した。そのベースガラス蒸着主成分およびパラメータは、以
下の表Ｖで示す。

【０１０４】

【表５】特に、ヘリウムガス流（これは、およそ３００ｃｃ／分の流速を有する）を塩
化アルミニウム材料に通したが、この塩化アルミニウム材料は、図１で示したＶ
ＰＤ装置のカラム１２２に装填し、そして約１２０℃〜１５０℃まで加熱した。
得られたヘリウムガス流（これは、ＡｌＣｌ₃蒸気を積載している）を、送達チ
ューブ２２０を通って、石英チューブ５の穴に入れた。同時に、ヘリウムガス流
（これもまた、およそ３００ｃｃ／分の流速を有する）を、希土類化合物である
Ｎｄ−シクロペンタジエニド（ＮＤ−ＣＰ₃）に通したが、このＮＤ−ＣＰ₃材料
は、カラム１２４に装填し、そしておよそ２３０℃まで加熱した。得られたヘリ
ウムガス流（これは、ＮＤ−ＣＰ₃蒸気を積載している）を、中心送達チューブ
２００を通って、石英チューブ５の穴に入れた。（中心送達チューブ２００では
、塩化物ボート３２は使用しなかった）。ガラスフリット２０２および２２２を
使用して、ＡｌＣｌ₃流およびＮＤ−ＣＰ₃流を、ベースガラス蒸気流に分散した
が、これらのベースガラス蒸気流は、上記の表で示したように調合し、そして外
部送達チューブ２４０を通って、石英チューブ５に送達した。石英チューブ５に
到達して合流する蒸気積載ヘリウム流は、非常に高い温度（すなわち、約１，８
００℃〜約１，８５０℃）で反応して、チューブ５の表面で、１層またはそれ以
上の希土類ドープ非晶質ガラス層を形成した。このチューブを崩壊して、仕上げ
光ファイバープレフォームを得た。

【０１０５】この仕上げ光ファイバープレフォームのコア組成は、標準Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓで決定した。このプレフォームの酸化
ネオジム濃度は、１重量％であり、プレフォームのシリカ含量は、９７モル％よ
りも高かった。米国特許第４，８１５，０７９号（Ｓｎｉｔｚｅｒら）および第
５，５３４，５５８号（Ｍｉｎｕｓ）で開示された方法に従って、このプレフォ
ームから作製した二重クラッドファイバーレーザーのコア減衰は、約１，０００
ｎｍ〜１，２００ｎｍのレイジング波長で、１０ｄＢ／Ｋｍより低かった。この
二重クラッドファイバーレーザーの効率勾配は、５０％より高かった。

【０１０６】（実施例５）実施例２で記述した様式で、光ファイバープレフォームを作製した。しかしな
がら、さらに高い温度を使用して、そのクラッディング層の蒸着を行い、それに
より、非晶質ガラスの比較的に迅速な蒸着が起こった。このような高い温度に適
合させるために、以下の表ＶＩで示すように、そのベースガラス蒸着成分および
パラメータに対して、僅かな改良を行った。

【０１０７】

【表６】コアすす層の蒸着に続いた溶液ドーピング段階を含めて、他の全ては、実施例
２と類似していた。それにもかかわらず、その仕上げ光ファイバープレフォーム
のコア組成は、標準ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉ
ｓで決定したが、実施例２で製造したプレフォームと類似しており、すなわち、
２．５重量％のＹｂ₂Ｏ₃および０．４重量％のＥｒ₂Ｏ₃、および９７モル％より
も高いシリカ含量であった。

【０１０８】本発明の結果として、光ファイバープレフォームを製造するための非常に効果
的な方法およびそのための装置が提供され、これらにより、とりわけ、その主な
目的が満たされることが、上記のことから、理解される。本発明から逸脱するこ
となく、例示した実施態様について、改良および／または変更を行い得ることが
、同様に明らかであり、また、考慮される。本発明の種々の実施態様を上で記述
したものの、それらは、限定ではなく、例として提示されていると解釈すべきで
ある。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書中にて、形態お
よび詳細に関して、種々の変更を行うことができることは、関連技術の当業者に
明らかとなる。それゆえ、本発明は、上記の例証的な実施態様のいずれかで限定
すべきではなく、上記特許請求の範囲およびそれらの均等物に従ってのみ規定す
べきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の方法を実施する際に、中空支持耐火チューブの内面にすす層
または非晶質モノリシックガラス層（単数または複数）を蒸着するための蒸気相
蒸着（ＶＰＤ）装置の概略図である。

【図２】図２は、本発明の１実施態様に従って製造した光ファイバープレフォームの断
面概略図であり、これは、引き続いて、崩壊されて、ガラスプレフォームになる
。

【図３Ａ】図３Ａは、ガラスプレフォームを引き出して光ファイバーにすることの概略図
である。

【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａで引き出した光ファイバー上に追加クラッディング材料およ
び／または高分子保護層（単数または複数）を被覆するための装置の概略図であ
る。

【図４】図４は、本発明の１実施態様に従って製造した光ファイバーに対する減衰デー
タ対波長のグラフである。

【図５Ａ】図５Ａは、本発明の１実施態様に従って製造した二重クラッド光ファイバーの
断面概略図である。

【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の他の実施態様に従って製造した他の二重クラッド光ファイ
バーの断面概略図である。

【図６】図６は、本発明の１実施態様を実施する際に有用な希土類塩化物容器またはボ
ートの透視図である。

【図７】図７は、図１のガラスチューブ送達システムの第一改変型である。

【図８】図８は、図１のガラスチューブ送達システムの第二改変型である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ (71)出願人 80 ＲｏｓｅＯｒｃｈａｒｄＷａｙ，ＳａｎＪｏｓｅ，ＣＡ 95134−1365 Ｕ．Ｓ．Ａ． (72)発明者ラリバート，ブライアンエム．アメリカ合衆国マサチューセッツ 01890，ウィンチェスター，リチャードソンストリート 63 (72)発明者ロビンソン，レイエフ．アメリカ合衆国マサチューセッツ 01887，ウィルミントン，オールグローブレーン 12 Ｆターム(参考） 4G021 EA02 EB03 EB04 EB06 EB11 EB18 EB19 4G060 AA18 AB00 AC15 CB02 CB09 【要約の続き】で、第二量の希土類金属ドーパントを含有するドーパント溶液で含浸される。このチューブは、次いで、熱崩壊されて、比較的に高濃度で取り込まれた希土類金属ドーパントの量を高めた光ファイバープレフォームが得られる。この装置は、その主要チューブ内での反応用のガラス形成材料蒸気および酸素から別々に蒸気（これは、固体形態のこのドーパントから形成される）としての希土類金属ドーパントを主要ガラス蒸着チューブへと導入するための手段（例えば、チューブ）を含む。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体ガラス成分送達装置であって、以下の部分を含む：チューブであって、該チューブは、入口末端および出口末端を有する、チュー
ブ；該チューブを通って不活性ガスの流れを供給するための供給ポート；該チューブの該出口末端に挿入されたボートであって、該ボートは、固体形態
のガラス形成成分を受容するように、また、該成分の該固体形態の所定の長さお
よび幅の二次元露出面を提供するように、適合されている、ボート；該成分を蒸発させて該不活性ガスで運ばれる蒸気を形成するためのヒーター；ここで、所定温度で達成された該成分の該蒸発は、該ボート中の該成分の該二
次元露出面に基づいて、時間の経過と共に、予測可能な蒸発速度を提供し；該チューブの該チューブ出口末端で支持された界面は、そこを通る蒸気形態の
該成分の制御流れに対して浸透性であるが、該チューブへのいずれの逆方向流れ
も防止し、該成分が、該界面の該出口側に存在する任意の他のガラス形成成分な
しで蒸発するようにされる、装置。
【請求項２】さらに、以下：支持部材であって、該支持部材は、主要ガラスチューブを受容し支持するよう
に、適合されている、支持部材；該主要ガラスチューブの一端に挿入するための前記チューブを含む複数の小チ
ューブであって、該小チューブの各々は、入口末端および出口末端を有し、該出
口末端は、該主要ガラスチューブ内にて、最も内部にある末端である、小チュー
ブ、を含み；最内複数の該チューブは、その出口にて、第一界面を有し、該第一界面は、次
のチューブへの前方制御流れを許容するが、該第一界面を通る逆流を防止する；該最内複数のチューブの第一のものは、該チューブであり、そして固体形態の
第一ガラス成分を含有する第一チャンバを提供し；該最内複数のチューブの第二のものは、蒸気形態の該第一成分が該第一チュー
ブ界面を通過した後、第二ガラス成分と蒸気形態の該第一成分とを混合するため
の第二チャンバを提供し、該第二チューブは、その出口にて、第二界面を有し、
該第二界面は、該次のチューブへの前方制御流れを許容するが、該第二界面を通
る逆流を防止し；該成分の混合物は、複数のチューブ界面を通過した後、該主要ガラスチューブ
内の他のガラス形成材料と混ざり、該他のガラス形成材料が該第一および第二界
面を経由して該第一および第二チャンバに入るのを妨害される、ファイバープレフォームを形成するための請求項１に記載の装置。
【請求項３】請求項１に記載の装置を含む反応ゾーンにガラス成分の蒸気
を導入するのに使用されるマルチチューブ送達システムであって、さらに、以下
の部分を含む：複数の同心円状に配列された蒸気送達チューブであって、該蒸気送達チューブ
は、中心蒸気送達チューブを備え、該中心蒸気送達チューブは、前記チューブで
あり、そして上流末端および下流末端を有する、蒸気送達チューブ；ここで、不活性ガス流れは、該上流末端から該中心蒸気送達チューブに入り、
そして該下流末端から出ていき；ここで、ガラス形成材料の蒸気は、該中心蒸気送達チューブ以外の蒸気送達チ
ューブを通過することにより、該反応ゾーンに導入され得；そして前記出口末端にある前記界面は、フリットであり、該フリットは、該中心蒸気
送達チューブ中の該不活性ガス流れで運ばれる該ガラス形成成分積載蒸気に対し
て浸透性であるが、該ガラス形成材料の蒸気が該中心蒸気送達チューブに入るの
を防止する、マルチチューブ送達システム。
【請求項４】不活性ガスが、前記チューブの前記入口末端で供給される、
請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】蒸気形態の前記ガラス形成成分もまた、前記チューブの前記
入口で供給される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】固体形態および／または蒸気形態の前記ガラス形成成分が、
希土類ハロゲンを含有する、請求項１または５に記載の装置。
【請求項７】前記希土類ハロゲンが、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏまた
はＳｍの塩化物である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】前記ヒーターが、前記ボートの位置で、前記チューブを取り
囲む、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】前記チャンバの少なくとも１個が、該チャンバを高温にする
ためのヒーターで取り囲まれている、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】前記ヒーターが、環状抵抗ヒーターまたは高周波ヒーター
を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】前記チャンバの少なくとも２個が、そのチャンバ内に位置
している少なくとも１個のボートを含み、該ボートが、固体形態のガラス形成成
分を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項１２】前記固体成分の少なくとも１種が、希土類ハロゲンである
、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】前記希土類ハロゲンが、蒸発され、そして不活性ガスによ
って運搬される、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】前記不活性ガスが、ヘリウムである、請求項１３に記載の
装置。
【請求項１５】前記チャンバが、該チャンバを高温にするためのヒーター
で取り囲まれている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】前記固体成分の少なくとも１種が、ガラス媒介物である、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】前記媒介物が、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓおよび／またはＳ
ｂの１種またはそれ以上のハロゲン化物蒸気である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】前記小チューブの少なくとも一部が、同心円関係で、前記
主要ガラスチューブ内で位置し得る、請求項２に記載の装置。
【請求項１９】前記小チューブの少なくとも一部が、並列関係で、前記主
要ガラスチューブ内で位置し得る、請求項２に記載の装置。
【請求項２０】前記小チューブの少なくとも１本が、前記主要ガラスチュ
ーブに複数のガラス形成成分を導入するために備えられている、請求項２に記載
の装置。
【請求項２１】前記チャンバの少なくとも１個が、そのチャンバ内に位置
している少なくとも２個のボートを含み、各々が、固体形態のガラス形成成分を
含む、請求項２に記載の装置。
【請求項２２】前記ボートの少なくとも１個が、希土類ハロゲンを含有す
る固体成分を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】前記ボートを収容している前記チャンバが、該チャンバを
高温にするための少なくとも１つのヒーターで取り囲まれている、請求項２１に
記載の装置。
【請求項２４】前記成分が、希土類ハロゲンを含有する、請求項１に記載
の装置。
【請求項２５】前記希土類ハロゲンが、蒸発され、そして前記チューブの
前記入口末端で供給された不活性ガスによって運搬される、請求項２４に記載の
装置。
【請求項２６】前記不活性ガスが、ヘリウムである、請求項２５に記載の
装置。
【請求項２７】前記希土類ハロゲンが、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏま
たはＳｍの塩化物である、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】前記界面が、不活性浸透性材料である、請求項１に記載の
固体ガラス成分送達装置。
【請求項２９】前記界面が、多孔質ガラスフリットを含有する、請求項１
に記載の固体ガラス成分送達装置。
【請求項３０】前記小チューブおよび前記チューブが、石英ガラスから構
成される、請求項２に記載の固体ガラス成分送達装置。
【請求項３１】前記小チューブおよび前記チューブが、石英ガラスチュー
ブである、請求項２に記載の固体ガラス成分送達装置。
【請求項３２】光ファィバープレフォームを形成する方法であって、以下
：（ａ）固体形態で、所定長さおよび幅の二次元露出面を有するガラス成分を提
供する工程；（ｂ）本質的に酸素のない環境で、該成分を、該二次元露出面から該成分を蒸
発するのに充分な温度に晒して、成分積載蒸気を形成する工程；（ｃ）該成分積載蒸気を、不活性ガス流れで、中空チューブの穴内にある反応
ゾーンへと運ぶ工程；および（ｄ）該反応ゾーンでの該成分積載蒸気の運搬と同時に、該反応ゾーンに、高
温に晒したときにガラスを形成できる材料の蒸気を導入する工程、を包含する、方法。
【請求項３３】さらに、前記反応ゾーンの温度を上げて、前記成分積載蒸
気および前記ガラス形成材料の蒸気を、前記チューブ穴の表面で、少なくとも１
層に形成する工程を包含し、該層が、モノリシックガラス層あるいは多孔質また
は微粒子状すす層のいずれかである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】前記ガラス層が、多孔質すすまたは微粒子状すすの層とし
て形成され、前記方法が、さらに、前記すす蒸着層を溶液ドーピングして、該ド
ーパント溶液を該層に吸収する工程を包含する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】前記ドーパント溶液が、希土類ドーパントを含有する、請
求項３４に記載の方法。
【請求項３６】さらに、前記中空チューブを崩壊させる工程を包含する、
請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】前記不活性ガスが、ヘリウムである、請求項３２に記載の
方法。
【請求項３８】前記ガラス成分が、希土類ハロゲンである、請求項３２に
記載の方法。
【請求項３９】前記希土類ハロゲンが、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏま
たはＳｍの塩化物である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】前記希土類塩化物が、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏまた
はＳｍの１種またはそれ以上の混合物を含有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】光ファイバーを形成する方法であって、以下：（ａ）請求項３４に記載の方法に従って製造された光ファイバープレフォーム
を提供する工程であって、該光ファイバーは、屈折率ｎ₁を有する実質的に単一
モードのコアを有し、該コアは、屈折率ｎ₂を有するマルチモードクラッディン
グ内に配置されている工程；（ｂ）該光ファイバープレフォーム上に、屈折率ｎ₃を有する別のクラッディ
ングを蒸着させる工程であって、該別のクラッディングは、該マルチモードクラ
ッディングを取り囲み、ここで、ｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃である工程；および（ｃ）該光ファイバープレフォームから、ファィバーを引き出す工程、を包含する、方法。
【請求項４２】前記別のクラッディングが、紫外線硬化性組成物から蒸着
され、該紫外線硬化性組成物が、ペンダント光開始基を有する共重合体を含有し
、該共重合体が、光開始基およびエチレン性不飽和基の両方を有する光開始モノ
マーに由来の繰り返し単位、およびエチレン性不飽和基を有するフルオロ置換モ
ノマー、およびフルオロ置換ジアクリレートに由来の繰り返し単位を有する、請
求項４１に記載の方法。
【請求項４３】光ファイバープレフォームを製造する方法であって、該光
ファイバープレフォームは、コアを有し、該コアには、その中に、所定量の屈折
率のドーパント材料が取り込まれており、該方法は以下：（ａ）ガラス形成前駆材料の蒸気を、中空チューブの穴に導入する工程であっ
て、該蒸気は、希土類化合物を含む第一量のドーパント材料を含有する工程；（ｂ）該前駆材料を、該穴の表面に少なくとも１層のすすを蒸着するのに充分
な温度および期間で、酸化させる工程；（ｃ）該すす蒸着穴に、ドーパント溶液を導入する工程であって、該ドーパン
ト溶液は、希土類化合物を含む第二量のドーパント材料を含有する工程；および（ｄ）該中空チューブを一定温度まで加熱して、該すす層を焼結し、その後、
該チューブを崩壊する工程であって、該焼結および崩壊は、同時または逐次のい
ずれかで起こり、その結果、実質的に該第一および第二量の該希土類化合物の両
方を含む該所定量のドーパント材料を用いて、光ファイバープレフォームが製造
される工程、を包含する、方法。
【請求項４４】前記工程（ａ）または（ｃ）の少なくとも１工程での前記
ドーパント材料が、屈折率変更成分を含有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】前記屈折率変更成分が、Ａｌ、ＢまたはＰのハロゲン化物
または酸化物の１種またはそれ以上を含有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】前記蒸気が、少なくとも１種の希土類化合物およびＳｉＣ
ｌ₄の混合物を加熱することにより、そして該加熱混合物をキャリヤガスに晒す
ことにより、形成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】前記キャリヤガスが、ヘリウムである、請求項４６に記載
の方法。
【請求項４８】前記すす層の前記蒸着が、約１，４００℃〜約１，６５０
℃の温度範囲で行われる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】前記焼結が、約１，９６０℃〜約１，９８０℃の温度範囲
で行われる、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】ガラスチューブを崩壊させる前に、ガラスチューブの穴を
有する蒸着すす層中に高濃度の希土類ドーパントを供給して、ガラスファイバー
プレフォームを形成する方法であって、該方法は以下：他のガラス形成前駆成分とは無関係の蒸気形態の該希土類ドーパントを提供す
る工程；該希土類ドーパントの該形成蒸気を、蒸気形態のガラス形成前駆成分と混合す
る工程；該ガラスチューブの該穴の内面に、該すす層を形成する工程；該すす層に、液体形態の該希土類ドーパントを吸収させる工程；該吸収すす層を焼結して、該すす層をモノリシックガラス層に変換する工程；
および該ガラスチューブを崩壊させて、プレフォームを形成する工程、を包含する、方法。
【請求項５１】さらに、前記蒸気形態および前記液体形態の前記希土類ド
ーパントを、それぞれ、前記混合工程および前記吸収工程を実行する前に、屈折
率変更成分と前混合する工程を包含する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】前記希土類ドーパントが、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ
またはＳｍの１種またはそれ以上を含有する化合物である、請求項５０に記載の
方法。
【請求項５３】さらに、前記焼結工程の前に、前記すす層を脱水する工程
を包含する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】前記脱水工程が、Ｃｌ₂、ＳＯＣｌ₂、ＣＣｌ₂またはＳＦ₆ のガスを前記すす層に通過させることを使用して、実行される、請求項５０に記
載の方法。
【請求項５５】反応ゾーンにガラス成分の蒸気を導入するのに使用される
マルチチューブ送達システムであって、該マルチチューブ送達システムは：複数の同心円状に配列された蒸気送達チューブであって、該蒸気送達チューブ
は、中心蒸気送達チューブを備え、該中心蒸気送達チューブは、上流末端および
下流末端を有する、蒸気送達チューブ、を含み；該中心蒸気送達チューブは、該上流末端から該中心蒸気送達チューブに入り該
下流末端から出ていく不活性ガスの流れを受容するように、適合され；該ガラス形成材料蒸気は、該中心蒸気送達チューブ以外の蒸気送達チューブを
通過することにより、該反応ゾーンに導入され；該中心蒸気送達チューブの該下流末端は、フリットで密封されており、該フリ
ットは、該中心蒸気送達チューブ中の該不活性ガス流れで運ばれる希土類ハロゲ
ン化物積載蒸気に対して浸透性であるが、該ガラス形成材料の蒸気が該中心蒸気
送達チューブに入るのを防止する、マルチチューブ送達システム。
【請求項５６】さらに、希土類ハロゲン化物を蒸発させるための所定の二
次元露出面を有する保持容器、および該希土類ハロゲン化物を蒸発させるのに充分な温度を与えるための加熱手段、
を含み、該希土類ハロゲン化物が、該保持容器に装填できる、請求項５５に記載のマル
チチューブ送達システム。