JP2003509326A - 共ドープされた層および共ドープされた層を含むファイバを形成する方法 - Google Patents

共ドープされた層および共ドープされた層を含むファイバを形成する方法

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Abstract

(57)【要約】 共ドープされた層を形成する方法は、第１のドーパントを有する第１の層および別のドーパントを有する少なくとも１つの他の層を形成し、次いで、それらドーパントを相互拡散させて、実質的に均質な共ドープ層を形成する各工程を含む。１つの層に複数のドーパントを堆積させてもよい。形成条件は、各々の層について最適化されてもよい。さらに、１つの層の形成が連続した堆積および固結を含む場合、各々のプロセスについての条件は、層の形成において最適化されてもよい。少なくとも２つの層が形成される場合、相互拡散により、どのような層理または層構造も実質的に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の背景 発明の分野 本発明は、共ドープされた層、特にファイバにおける共ドープ層、さらに、フ
ァイバ内のコアとして働く高ドーパント濃度を有する共ドープ層を形成する方法
に関する。
【０００２】関連技術の説明 感光性光デバイスは、その屈折率が、一般的に、スペクトルの紫外線領域にお
ける、光放射にデバイスを露出することにより変えられるデバイスである。感光
性光デバイスは、長年に亘り知られている。現在、製造が容易であり、特に通信
および検出の分野における、様々な用途に使用されるために、感光性デバイス、
特に、感光性ファイバ格子に多大な関心が寄せられている。感光性が大きいこと
が、光誘導屈折率変化を大きくするのに望ましい。改善された感光性により、非
常に広い広帯域レフレクタ／フィルタ、超短格子、クラッドモード抑制格子、お
よび他のフォトニックバンドギャップデバイスのような、多くの新たな用途を実
施できる。例えば、ゲルマニウムとホウ素またはゲルマニウムとスズをファイバ
にドープすることにより、１つのドーパントを有する最良の感光性ファイバ、す
なわち、ゲルマニウムがドープされたファイバの感光性が向上することが知られ
ている。感光性ファイバに増大した要件が課される以前には、コア内に高濃度で
共ドーパントが存在する必要は一般になかった。もちろん、共ドープファイバは
他の用途にも用いられるであろうし、ドーパント濃度のレベルが高い共ドープフ
ァイバを実現する上での問題は、ファイバの末端用途にかかわらず同じである。
【０００３】 ここに用いたように、共ドープされたとは、異なる層構造の層において異なる
ドーパント濃度を有する勾配屈折率ファイバのようなファイバとは対照的に、同
じ領域に２種類以上のドーパントが存在することを称する。従来の共ドーピング
プロセスにおいて、全てのドーパントは、共ドープファイバコアを形成するため
に、そのプロセスに同時に導入される。しかしながら、一般に、異なるドーパン
トには、最適な集積(collection)効率のために、異なる条件、例えば、温度、内
側雰囲気等が必要である。
【０００４】 ＢおよびＧｅを使用する特定の例において、Ｂドーピングには、Ｇｅドーパン
ト堆積よりも比較的低い温度が必要である。さらに、ＢＣｌ3の酸化により、局
所的に高濃度のＣｌ2環境が生じ、これにより、ＧｅＣｌ4の酸化が劇的に減少し
てしまう。その上、Ｂ2Ｏ3によりガラスの粘度が減少し、これによって、ＧｅＯ 2 の熱分解が加速する。最悪の場合のシナリオにおいて、最初の材料に対するコ
アの屈折率変化が負となる程度までＧｅの含有が妨げられる。
【０００５】発明の概要 本発明は、第１のドーパントを有する第１の層を形成し、第１の層の上に第２
のドーパントを有する第２の層を形成し、この第２の層の形成は、第１の層の形
成と連続しており、第１の層と第２の層を相互拡散させて、それらの間の層構造
を実質的に除去する各工程を含む。
【０００６】 第１と第２の層の各々の形成は、ドーパントを堆積させ、層を固結させる各工
程を含んでもよい。この固結は、層を焼結させる工程を含んでもよい。堆積およ
び固結は、連続的に行われてもよい。固結は、堆積とは異なる条件下、例えば、
温度、雰囲気下で行ってもよい。堆積および固結の両方は、第１と第２の層につ
いて、異なる条件下、例えば、温度、雰囲気下で行ってもよい。
【０００７】 相互拡散の前に、第３のドーパントを有する第３の層を第２の層の上に形成し
てもよい。第３のドーパントは、第１と第２のドーパントの内の１つと同じであ
ってもよい。隣接する層は、異なるドーパントを有する必要はない。それぞれの
層には、複数のドーパントが存在してもよい。
【０００８】 第１の層および／または第２の層の形成いずれかの前に、層を形成すべき領域
を冷却してもよい。
【０００９】 それに加え、本発明は、その中に共ドープされた層を有するファイバを製造す
る方法であって、ファイバ構造内に第１のドーパントを有する第１の層を形成し
、第１の層の上に第２のドーパントを有する第２の層を形成し、この第２の層の
形成は、第１の層の形成と連続しており、第１の層と第２の層を相互拡散させて
、それらの間の層構造を実質的に除去し、その中に共ドープされた層を有するフ
ァイバを加工して、所望の寸法を有するファイバを形成する各工程を含む方法に
より実現されるであろう。第１の層と第２の層を形成する方法は、ファイバ構造
のコア領域において行われてもよい。
【００１０】 本発明のこれらと他の態様は、以下に与える詳細な説明から容易に明らかとな
るであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好まし
い実施の形態を示しているが、本発明の精神および範囲に包含される様々な変更
および改変がこの詳細な説明から当業者には明らかであるので、例示のためのみ
に与えられていると理解すべきである。
【００１１】好ましい実施の形態の詳細な説明 上述したもの並びに他の目的、態様および利点を、図面を参照して説明する。
【００１２】 本発明によれば、ファイバの形成中に、ドーパントが独立して含まれる。この
独立した含有により、同時の堆積および固結を含む、一般にファイバを製造する
ために用いられる改良化学的気相成長法（ＭＣＶＤ）の１つの特徴、例えば、コ
アのワンパス形成が除かれる。コアに複数のドーパントをドープする場合、この
ワンパス形成はまだ、全てのドーパントについて同時に用いられる。本発明によ
る層の独立した形成により、各々の層についての形成条件を最適化できる。これ
は、各々のドーパントについて調節された条件を使用できるからである。次いで
、形成された層を相互拡散させることにより、実質的に均質なドーパント分布を
達成できる。
【００１３】 ドーパントの集積の最適化は、各々の層の形成に含まれる堆積および固結を連
続して行うことによりさらに改善されるであろう。連続した堆積および焼結は、
１つのドーパントを含むファイバの処理量を増加させるため、または異なるドー
パント領域を有するファイバを形成するために用いられてきたが、そのような連
続堆積は、複数のドーパントの連続分布を有する共ドープファイバの製造に関し
ては用いられていない。本発明によれば、連続した堆積および固結により、ドー
パントの集積効率をさらに最適化することができる。ドーパントの集積の最適化
は、固結に必要とされる温度よりも低い温度で効率的な堆積が一般に行われるた
めに実現されるであろう。
【００１４】 さらに、本発明によれば、堆積および固結の分離により、固結環境を、一般的
な酸化条件から、感光性を向上させるのに役立つであろう条件まで変更すること
ができる。例えば、Ｇｅが含まれるドーパントの内の１つである場合、還元条件
で焼結を行うことにより、より多くのＧｅ関連酸素欠陥中心が形成されると考え
られており、このことにより、感光性が増加する。したがって、本発明は、ファ
イバ中に含まれるドーパントの量を増大させ、かつ感光性を向上させるように焼
結環境を変更することの両方により、感光性の増加したファイバを形成するのに
用いられるであろう。
【００１５】 図１ａは、コア材料を本発明により堆積すべき管10およびクラッド12の端部断
面図を示し、図１ｂはその長手方向断面図を示す。共ドープされた層を形成すべ
き構造体の形成は、この点までは従来通りである。構造を示す図の全てが説明目
的のみのためであることに留意されたい。それら図面は比例するものではなく、
相対的な厚さを含むその厚さは、明快さのために誇張されている。さらに、図１
ｂ−１ｅに示された長手方向断面図は、その端部の波線により示されるように、
部分断面図である。
【００１６】 次いで、第１のドーパントが、そのような堆積に最適な条件下で供給され、図
１ｃに示したような第１の層を形成するのに最適な条件下で固結される。次いで
、別のドーパントが、そのような堆積に最適な条件下で供給され、図１ｄに示し
たような第２の層16を形成するのに最適な条件下で固結される。それぞれの最適
な条件下での様々なドーパントの堆積および固結は、所望の回数だけ繰り返して
もよい。さらに、最終の共ドープされた層の均質性を確実にするためおよび／ま
たはドーパントを十分に堆積させるために、同じドーパントの様々な層を提供し
てもよい、例えば、最初にＧｅ層、次いで、Ｂ層、そして、別のＧｅ層、次いで
、別のＢ層等、または同じドーパントを含有する複数の隣接層を提供してもよい
。さらに、１つの層がその中に複数の種類のドーパントを有していてもよい。そ
れに加えて、隣接層は、異なるドーパントを有する必要はないが、複数のドーパ
ントが複数の層に亘り提供される。
【００１７】 図１ｅに示したように、所望の層の全てが一旦堆積され、固結されたら、構造
体が潰されて(collapsed)、均質コア18を有するプレフォームを形成する、すな
わち、交互の堆積から生じて残っている層構造を識別することができない。次い
で、このプレフォームは、所望のパラメータのファイバに容易に線引きされるか
、そうでなければ所望のコア／クラッド比を達成するためにさらに加工される。
【００１８】 本発明のプロセスの概要が図２に示されている。この概要は、図１ａの管構造
、または共ドープされた層をその中に形成すべき他の適切な構造体が形成された
後に開始される。20において、スート集積効率を増加させ、化学反応体の流動を
安定化させるために、管を冷却させる。一般に、堆積のための管の最高温度は20
0℃未満である。次いで、22において、第１のドーパントが所望の条件下で堆積
される。一般に、その所望の条件は、所望のドーパントの最大集積効率を得るた
めの条件である。24において、層は、例えば、焼結により固結される。これは、
堆積とは異なる条件下で行われてもよい。
【００１９】 26において、図１ｃに示したようなその中に第１の層を有する管が、既に所望
の温度となっていなかったら、冷却される。次いで、28において、別のドーパン
トを有する別の層が所望の条件下で堆積される。他のドーパントは一般に、第１
のドーパントとは異なる。したがって、この堆積条件は、22における以前の条件
とは一般に異なり、他のドーパントの最大集積効率を達成するための堆積条件で
ある。次いで、他の層が、24における以前の焼結のものとは異なるであろう条件
下で、例えば、焼結により、30において固結される。
【００２０】 31に示したように、任意の所望の組合せの追加の多数の層、例えば、その全て
が異なるドーパントであるもの、その内のいくつかが以前に堆積したものと同じ
ドーパントであるもの、いくつかが複数のドーパントを含有するもの等、をそれ
ぞれの所望の条件下で堆積させ、固結させてもよい。さらに、上述したように、
複数の層を連続して形成すべき一方で、各々の層の形成は、図示した連続様式よ
りもむしろ、ワンパス方式で行なわれてもよい。言い換えれば、22、24が同時で
あり、22、24に続いて、28、30が互いに同時であってもよい。所望の層の全てが
形成されたら、流れが32に進む。
【００２１】 32において、所望の層の全てが堆積され、固結されたら、全構造体が潰されて
、図１ｅに示したプレフォームを形成する。この潰す工程は、ドーパントの相互
拡散を促進させ、コア層に亘る組成を均質化させる。コア内の層の存在は、屈折
率プロファイルに関して、得られた構造体において識別されるべきではない。こ
の潰す工程は、好ましくは、複数の層についての固結温度よりも高い温度で、従
来の様式で行ってもよい。十分な相互拡散がその上に生じない層の最大厚さは、
特定のドーパント拡散係数に依存する。しかしながら、ほとんどの堆積プロセス
の元では、任意の得られた厚さで、プレフォームを潰すことにより、十分な相互
拡散が行える。
【００２２】 特定の実施例を以下に論じる。Ｇｅ、ＦおよびＰ並びにＳｉを含有する標準的
なクラッドが堆積される。ＳｉＣｌ4バブラ中のＯ2流は約600ｓｃｃｍ（立方セ
ンチメートル毎分）であり、ＧｅＣｌ4バブラ中では70ｓｃｃｍであり、ＰＯＣ
ｌ3バブラ中では75ｓｃｃｍであり、ＳｉＦ4バブラ中では5ｓｃｃｍである。そ
のような構成により、水が管およびＨ2／Ｏ2バーナから拡散するのを防ぐバリア
層が形成される。処理温度を減少させるために、ＦおよびＰが導入される。Ｇｅ
は、屈折率の減少を補償するため、並びに、線引き誘導減衰を減少させるために
導入される。
【００２３】 コア層を形成する前に、スート集積効率を増加させるため、並びにその後の堆
積のための化学反応体の流れを安定化させるために、上述のように形成された管
を冷却する。コアの堆積はＧｅの堆積により始まる。Ｇｅスート層は、好ましい
温度、例えば、1550℃で堆積される。次いで、このスート層は焼結により固結さ
れる。この実施例によれば堆積および固結は連続して行われるので、固結がその
元で行われる条件は、ドーパント濃度を増加させずに、得られたファイバの感光
性または他の望ましい特性を最適化させるための堆積の条件とは異なるであろう
。そのような増大は、例えば、ドーパントの内の１つとしてＧｅを使用する場合
、還元環境または酸化環境を使用した焼結を含む固結により、実施してもよい。
好ましくは、この焼結は、例えば、1880℃での環境要件に応じて、Ｏ2および／
またはＨｅおよび／またはＣＯおよび／またはＣｌ2および／または他のガスを
流すことにより行われる。
【００２４】 次の堆積は、Ｂのものであり、実際にはＢ／Ｇｅの共堆積である。この堆積パ
スにおいて、ＢＣｌ3およびＧｅＣｌ4ガスの両方がそこで流される。しかしなが
ら、加工条件はＢの堆積について最適化される。したがって、温度が、例えば、
1450℃まで減少される。さらに、Ｂ層はＧｅ層のものより低い融点を有するので
、固結は、減少した温度、例えば、1700℃での焼結を含む。
【００２５】 Ｂ／Ｇｅの堆積および固結の後、別のＧｅ層が堆積され、次いで、別のＢ／Ｇ
ｅ層、次いで、合計で５層についての最終的なＧｅ層が堆積される。層の数は、
所望の最終目的および用途に依存する。各々の層の形成は一般に、好ましくは、
冷却、堆積および固結を含む。この方法を用いて、各々15重量パーセント辺りよ
りも大きいＢ2Ｏ3およびＧｅＯ2の濃度を実現できる。
【００２６】 所望の層の全てが一旦形成されたら、その管はプレフォームに潰される。潰す
作業において高温、すなわち、固結温度よりも高い温度も例えば、2000-2100℃
を使用することにより、ドーパントの相互拡散が促進される。このような潰す工
程は、コアの組成を実質的に均質化する、すなわち、交互の層構造を除去する。
【００２７】 したがって、本発明によれば、異なるドーパントを有する多数の層が、最適化
された条件下で、好ましくは、各々の層について別々の堆積および固結を含むよ
うに、別々に形成できる。次いで、得られた構造体を相互拡散させて、層構造を
除去してもよい。
【００２８】 共ドーパントの濃度を増加できる方法を提供するという動機付けは、感光性フ
ァイバ格子の要望から由来するものであるが、本発明は、任意の所望の用途のた
めの共ドープされたファイバを形成するために用いてもよい。
【００２９】 さらに、上述した説明は、共ドープコアの形成に関するものであるが、本発明
のプロセスは、任意の所望の共ドープ層を形成するために用いても差し支えない
。例えば、ファイバ領域、環構造体、抑制クラッド、感光性クラッド等において
、複数のドーパントおよび共ドープされた領域に沿って分布した実質的に均一な
屈折率を有するもの全てを、本発明を用いて形成してもよい。
【００３０】 本発明を、特定の用途についての実施の形態を参照して記載してきたが、本発
明はそれらに限定されるものではないことが理解されよう。例えば、堆積の前に
冷却することが好ましいが、全ての所望のドーパントレベルにとって必ずしも要
求されているわけではない。当業者およびここに与えられた教示を利用できる技
術社には、本発明の範囲および実験を過剰に行わずに、本発明がとても役立つ追
加の分野における追加の改変、用途、および実施の形態が理解されよう。したが
って、本発明の範囲は、与えられた実施例によるというよりもむしろ、添付の特
許請求の範囲およびその法律的同等物により決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 その中にコアを形成すべき管およびクラッドの端部断面図
【図１ｂ】 図１ａの管およびクラッドの長手方向断面図
【図１ｃ】 その上に第１の層が堆積された、図１ｂの管およびクラッドの長手方向断面図
【図１ｄ】 その上に第２の層が堆積された、図１ｃの構造の長手方向断面図
【図１ｅ】 潰された後の図１ｄの構造の断面図
【図２】 本発明による方法の流れ図
───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＡＥ，ＡＧ，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4G021 BA04 EA03 4G062 AA07 CC07 LB03 LB07 MM21 NN17 NN32

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共ドープされた層を形成する方法において、 第１のドーパントを有する第１の層を形成し、 第１の層の上に第２のドーパントを有する第２の層を形成し、ここで、該第２
    の層の形成は前記第１の層の形成と連続しており、 前記第１の層および前記第２の層を相互拡散させて、それらの間の層構造を実
    質的に除去する、 各工程を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の層を形成する工程が、前記第１のドーパントを堆
    積させ、前記第１の層を固結させる各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】 前記第１の層を固結させる工程が、前記第１の層を焼結する
    工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記堆積とは異なる条件下で前記固結を行う工程をさらに含
    むことを特徴とする請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第２の層を形成する工程が、前記第１の層の堆積とは異
    なる条件下で堆積を行う工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第２の層を形成する工程が、前記第１の層の固結とは異
    なる条件下で固結を行う工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第２の層を形成する工程が、前記第２のドーパントを堆
    積させ、前記第２の層を固結させる各工程を含むことを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記堆積とは異なる条件下で固結を行う工程をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１の層を形成する工程および前記第２の層を形成する
    工程が、異なる条件下で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記相互拡散を行う前に、前記第２の層の上に第３のドー
    パントを有する第３の層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第３のドーパントが、前記第１と第２のドーパントの
    内の１つと同じであることを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記相互拡散を行う工程が、前記第１と第２の層を潰す工
    程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第１と第２の層の内の少なくとも１つが複数のドーパ
    ントを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記複数のドーパントが、前記第１と第２の層の内の他方
    からのドーパントと同じドーパントを含むことを特徴とする請求項１３記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記第１と第２のドーパントの内の１つがＧｅであり、該
    第１と第２のドーパントの内の別のものがＢであることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  16. 【請求項１６】 各々の層を形成する工程が、連続的に、ドーパントを堆積
    させ、層を固結させる各工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記第１と第２の層の内の少なくとも１つに関して固結さ
    せる工程が、酸化条件および還元条件の内の１つの元で焼結する工程を含むこと
    を特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１の層の形成および前記第２の層の形成の内の少な
    くとも１つの前に、層をその上に形成すべき領域を冷却する工程をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 その中に共ドープされた層を有するファイバを製造する方
    法において、 ファイバ構造体内に第１のドーパントを有する第１の層を形成し、 該第１の層の上に第２のドーパントを有する第２の層を形成し、ここで、該第
    ２の層の形成が前記第１の層の形成と連続しており、 前記第１の層および前記第２の層を相互拡散させて、それらの間の層構造を実
    質的に除去し、 その中に前記共ドープされた層を有するファイバを加工して、所望の寸法を有
    するファイバを形成する、 各工程を含むことを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１の層の形成および前記第２の層の形成が、前記フ
    ァイバ構造体のコア領域において行われることを特徴とする請求項１９記載の方
    法。
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