JP2003527299A - 高粘性液体を収束させることにより光ファイバを製作する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、流れ物理学を使用して光ファイバを光ファイバプレフォーム体から製作することに関する。本発明の方法は、例えば、加熱された気体のような取り巻く流体によりプレフォーム体を収束することを利用して光ファイバのプレフォーム体を「引抜く」ことを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

本出願は、全体として、高粘性液体材料から細長いストランドを製作する分野
、及びより具体的には、収束流体技術を使用して溶融ガラスから光ファイバを製
作することに関する。

【０００２】

【発明の背景】

光ファイバは、大量の情報を保持する光信号を極めて低損失状態にて伝送する
ことのできる、ガラス又は重合系コンパウンドのような材料の薄いストランドで
ある（米国特許第６，１２８，４２９号、米国特許第６，０９８，４２８号、米
国特許第６，０５７，０３４号及びこれらの特許の各々に引用された刊行物及び
特許を参照）。ガラス光ファイバを利用する光通信システムは、低減衰率、及び
極めて高速のデータ速度にて、すなわち高帯域容量にて通信信号を長距離に亙っ
て伝送することを可能にする。この能力は、配置されたガラスの低損失窓部内に
て近赤外線波長のシングル光信号モードで伝播することに起因する。エルビウム
ドープしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の導入以降、最近１０年間に、広域ネッ
トワーク（ＷＡＮｓ）用の標準的なデータ伝送媒体として光ガラスファイバが登
場している。

【０００３】 従来の光ファイバは、典型的に、適当な組成の光ファイバプレフォーム体を構
成し且つプレフォーム体からファイバを引抜くことにより製作されている（米国
特許第６，０５３，０１２号及び該特許に引用された特許及び刊行物を参照）。
１つの典型的なプレフォーム体は、長さ約１ｍ、外径約２０乃至２００ｍｍの同
心状のガラスロッドである。ロッドの内側コアは、直径約１乃至５ｍｍのゲルマ
ニウムケイ酸塩ガラスのような、高純度、低損失のガラスである。クラッディン
グと称される、同心状の外側筒体は、内側コアよりも屈折率の小さいガラス層で
ある。

【０００４】 光ファイバの従来の製作法において、プレフォーム体をＲＦ誘導加熱炉の絶縁
した受容器内に下降させ、このＲＦ誘導加熱炉内にて、プレフォーム体を高い引
抜き温度に加熱する（米国特許第５，７４１，３８４号、米国特許第５，６９８
，１２４号及びその特許の各々に引用された特許及び刊行物を参照）。ガラスの
ストランドを所望の直径のファイバを引抜く張力及び速度にてプレフォーム体の
加熱した部分から引き出す。この従来の方法の主たる難点の１つは、ファイバを
誘導加熱炉の材料にて汚すことである。絶縁体又は受容器からの極く少量の微粒
子でさえ、最終的に、破断又はその他の形態の不良を生じさせる局部的弱体点を
ファイバに生じさせる可能性がある。米国特許第４，４４０，５５６号には、プ
ラズマトーチをプレフォーム体まで軸方向に向け且つファイバをトーチ内の中央
通路を通じて軸方向に引抜くことにより、この汚れの問題を解決しようとする初
期の試みが記載されている。この方策の難点は、中央通路に達するために引抜い
たファイバはプラズマ火玉を通らなければならないことである。しかし、プラズ
マの形状は、制御し難いことが周知であり、形状が僅かでも変化するならば、引
抜いた傷付き易いファイバに顕著な温度変化が生じる可能性がある。

【０００５】 別の難点は、直径が増大するプレフォーム体を使用することにより生ずる。よ
り大径のプレフォーム体の場合、プレフォーム体の直径の全体を覆うのに十分に
大きいプラズマ火玉を発生させることは極めて難しい。その結果、引抜き領域内
で不均一な加熱状態となる。米国特許第５，６７２，１９２号に記載された方法
のような同様の方法は、これらの方法の性質上の問題点の幾つかを対象とするが
、依然として、プラズマトーチを使用することを必要とし、このため、この使用
に内在する多くの制約がある。

【０００６】 通信分野にてシングルモードガラス光ファイバが成功したことは、光ネットワ
ークの着想をもたらした。これらのネットワークは、通信信号がＷＡＮｓから、
より小さいローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）まで下方に進み、最終的
に、デスクトップへのファイバにより最終ユーザに到達するため、全ての光シス
テムに亙ってデータの流れを統合する機能を果たす。大部分、インターネットの
最近の開発及びワールドワイドウェブの使用に基づいて光ネットワークの使用が
増大したため、短及び中程度系の用途にて極めて高い帯域幅の性能が要求されて
いる。

【０００７】 このように、増大する消費者の要求に対応するため、ガラス光ファイバを製作
する改良された方法が当該技術分野にて必要とされている。更に、シングルモー
ド及びマルチモード光ファイバの双方について、より優れた光ファイバの需要が
増しつつある。

【０００８】

【発明の概要】

本発明は、流れ物理学を使用して光ファイバを製作することに関する。当該方
法は、高粘性の液体流又はプレフォーム体を取り巻き且つ収束させる流体（例え
ば、加熱した気体又は液体）を使用して溶融液体又はプレフォーム体から直接、
溶融ゲルマニウムケイ酸塩ガラスのような、高粘性材料を収束押抜き成形し、そ
の結果、均一な形状の細長いファイバとすることを可能にする。本発明は、また
、その後に、従来の技術を使用し又は本明細書に開示された引抜き成形法を使用
して引抜き加工することができる、光プレフォーム体を製作する装置及び方法を
も提供する。

【０００９】 低粘度流体に適用される流れ物理学の方法は、２０００年９月１２日付けで発
行された米国特許第６，１１６，５１６号、２００１年９月１３日付けで発行さ
れた米国特許第６，１８７，２１４号、２００１年３月６日付けで発行された米
国特許第６，１９７，８３５号、２００１年３月６日付けで発行された米国特許
第６，１９６，５２５号のような刊行物に記載されている。しかし、これらの開
示は、低粘度流体の押出し成形に関するものである。低粘度流体とは、流体が例
えば、約１０以上の数のような比較的大きいレイノルズ数を有することを意味す
る。低粘度流体の押出しは、流体の粘度により支配されず、流体の体積又はその
密度によって支配される力を使用する状態下にて行なわれる。類似の状態として
、自動車のエンジンが主としてエンジンの動力を使用して自動車を前進させ、自
動車の質量に効果を与え、また、より少ない程度ではあるが、色々な構成要素間
に存在する摩擦抵抗を上廻り得るようにする場合がある。しかし、自動車の非常
ブレーキを掛けるなどにより摩擦力が著しく増大するならば、摩擦力は、自動車
を前進させるために上廻らなければならない支配的力となる。この類似の状態に
おいて、摩擦力は流体の粘度に関係している。

【００１０】 本明細書に記載した開示は、高粘性流体から流れ及びファイバを形成すること
を記載する方法に関するものである。「高粘性流体」という用語は、レイノルズ
数が比較的小さく、具体的には、レイノルズ数が約１以下である、流体を包含す
ることを意図するものである。より具体的には、極く高粘性流体のレイノルズ数
は、約０．１以下である。非常ブレーキを掛けた自動車の場合のように、高粘性
流体のとき、非常ブレーキにより発生された摩擦抵抗力が自動車を前進させるた
めに自動車のエンジンが上廻らなければならない支配的力となるのと丁度、同様
に、流体の粘度は、流体を前進させるべく付与された力が上廻らなければならな
い点にて支配的ファクタとなる。

【００１１】 「数学の等式」という題の部分を以下に掲げる。この部分には、情報を光学的
に伝送するために使用されるファイバを形成するときに使用される加熱したガラ
スプレフォーム体の高粘性流体と共に、溶融ケイ酸塩ガラスの高粘性流体のよう
な、高粘性流体から流れ及びファイバを製作するために適用可能であると、明細
書を読むことにより、当該技術分野の当業者によって理解されるであろう等式が
含まれている。

【００１２】 第一の実施の形態において、粘性液体の流れをその周囲の収束流体に作用させ
ることにより、例えば、溶融ケイ酸塩ガラスのような高粘性流体から、直接、光
ファイバのような細長いファイバが製作される。このことは、プレフォーム体を
製作することを必要とせずに、ファイバを形成することを許容し、また、多数の
ファイバを同時に押出し成形することも可能にすることができる。ファイバを本
発明の装置から押出し成形したとき、ファイバの流れがオリフィスの表面に接触
しない点にてこの押出し成形法は特に有益であり、その理由は、押出し成形した
ファイバが気体とすることのできる収束流体により完全に取り巻かれ且つ収束さ
れるからである。このことは、ファイバの汚れを少なくし且つ装置のオリフィス
の詰まりをほぼ防止することを可能にする。製作された細長いファイバは、任意
の所望の直径とすることができるが、好ましくは、２００μｍ以下の直径とし、
また、１μｍ乃至５０μｍの直径とすることができる。

【００１３】 別の実施の形態において、光ファイバプレフォーム体は取り巻く流体の収束特
性を使用して、より小さい直径で且つより長い長さとされる。光ファイバの前駆
体（すなわち、プレフォーム体）はある温度に加熱される、すなわちプレフォー
ム体が展性となり、特に所望の長さ及び横方向寸法まで引き伸ばされることを許
容しつつ、プレフォーム体材料がプレフォーム体の基本的構造要素を維持するこ
とを許容する温度、すなわち光ファイバの前駆体を展性にし且つファイバがプレ
フォーム体の横方向関係を保つことを許容する温度になる。収束過程は、繰り返
して行い、ファイバの所望の直径及び（又は）長さを提供することができ、収束
流体及び狭小にした構造体は、収束流体に繰り返しさらすことにより更に狭小に
することができる。

【００１４】 別の実施の形態において、中空ファイバが製作される。この中空ファイバは同
心状に配置された２本の管から成る供給源から押出し成形される。中央管は空気
又は高純度の不活性気体のような気体を押出し、また、取り巻く同心状の管は溶
融ケイ酸塩ガラスを押出しする。押出したケイ酸塩ガラスは、中空管を形成し、
また、圧力チャンバ内の取り巻く気体の流れによってジェットに収束される。多
数の中空のファイバを同時に押出し成形し且つ凝固させる前に共に接続し、例え
ば、フォトニック帯域空隙構造体を形成する。

【００１５】 本発明の１つの有利な点は、周囲の収束流体からの収束圧力が押出し成形され
た粘性流体又はプレフォーム体上に圧力分配し、この圧力分配状態を数学的に計
算して、任意のファイバの引抜き粘度となる前の不安定さを抑制し、これにより
生産効率を理論上、制限なく向上させることがてきることを示すことである。

【００１６】 本発明の別の有利な点は、押出し成形した粘性材料から製作したファイバに加
わるせん断応力を最小限まで減少させ、これにより、任意の所望の形態のフォト
ニック帯域空隙構造体を製作し得るように組み合わせることができる中空ファイ
バを含む、複雑なファイバ構造体を制御された状態で製作することを許容するこ
とである。

【００１７】 本発明の更に別の有利な点は、ノズルに沿った気体の温度分布状態を引抜いた
ファイバ材料に極めて迅速に伝達し、これによりファイバの温度プロフィールを
簡単に且つ加速された状態で制御する手段を提供し、また、ファイバの急冷過程
を制御し且つファイバの品質を向上させる確実で且つ簡単な方法を提供すること
である。

【００１８】 本発明の１つの有利な点は、形成された光ファイバがその長さに沿った寸法及
び形状が均一であり、また、比較的少量のエネルギにて形成される点である。 本発明の別の有利な点は、多数のファイバの押出し成形を同時に行い、これに
よりファイバが１つの束として形成されることを可能にすることである。

【００１９】 本発明の更に別の有利な点は、本発明の装置にて同心状の針を使用してファイ
バを被覆したファイバとして押出し成形することができることである。 本発明の更に別の有利な点は、汚れを伴わずに光ファイバを製作することがで
き、その結果、かかる汚れに起因するファイバ内の局部的な弱体な点が存在しな
い光ファイバが得られることである。

【００２０】 本発明の更に別の有利な点は、本発明の製作方法を使用するときのファイバの
製作及び安定性を適宜な外部圧力の分布状態を使用することで向上させることが
できることである。

【００２１】 本発明の更に別の有利な点は、収束気体又は液体によって取り巻かれたガラス
を押出し成形するため、ガラスと固体との接触が回避される結果、本発明の装置
にて押出し成形するとき、ファイバの応力を大幅に減少させることができること
である。

【００２２】 本発明の更に別の有利な点は、出口オリフィスが流体又はプレフォーム体に接
触することがないため、本発明の装置はファイバの押出し成形による汚れ及び（
又は）詰まりが最小であることである。

【００２３】 更に別の有利な点は、同一方向に流れる気体が膨張するため、急速なファイバ
の急冷によりファイバの品質が向上することである。 本発明の更に別の有利な点は、古典的な技術と比較して、本発明の方法の半径
方向粘性応力を大幅に減少させることにより、複雑なファイバの同心状の構造体
を形成することができることである。

【００２４】 本発明の更に別の有利な点は、プレフォーム体が使用されるとき、プレフォー
ム体が収束手順に基づく形状の変化作用を受けず、このため、引抜いたファイバ
はプラズマ火玉を使用する場合のように、極度の温度変化にさらされないことで
ある。

【００２５】 更に別の有利な点は、押出し成形方向に基づいて別個の機能要素を有するファ
イバを形成し得るように引抜き成形法を設計することができることである。この
ことは、従来の長さのファイバにて、フォトニック帯域空隙構造体のような特殊
なファイバ構造体を製作することを可能にする。

【００２６】 更に別の有利な点は、収束手順を行う間、構造的要素の一体的な関係が維持さ
れるため、本発明の方法が極めて相似する構造的要素を有するプレフォーム体と
共に使用可能なことである。

【００２７】 更に別の有利な点は、本発明の方法がより台形のプレフォーム体と共に使用可
能なことである。 上記及びその他の形態、目的、特徴及び有利な点は、添付した図面と組み合わ
せてこの開示内容を読むことにより当業者に明らかになるであろう。

【００２８】

【好ましい実施の形態の詳細な説明】

本発明のファイバ押出し成形装置及びその方法について説明する前に、本発明
は、記載された特定の構成要素及び製造工程に限定されず、変更が可能である旨
理解されたい。又、本明細書で使用した技術用語は、限定的ではなく、特定の実
施の形態を説明することを目的としており、よって、本発明の権利範囲は特許請
求の範囲によってのみ限定されることも理解されたい。

【００２９】 本明細書及び特許請求の範囲にて使用するように、文脈上、明白に別段の意味
を意味しない限り、単数の記載は複数も含むものである。このため、例えば、「
ドーパント」に言及するときは複数のドーパントを含み、又、「流体」に言及す
るときは混合流体及び当該技術分野の当業者に既知のその等価物を含む。

【００３０】 別段に定義されない限り、本明細書で使用した全ての技術的及び科学的用語は
、本発明が属する技術分野の当業者に一般に理解されるものと同一の意味を有す
る。本明細書に記載したものと同様又は等価的な任意の方法及び材料を本発明の
実施をし又は試験するときに使用することができるが、以下に好ましい方法及び
材料について説明する。本明細書に掲げた全ての刊行物は、その刊行物が引用さ
れる方法及び（又は）材料を開示し且つ説明するため、参考として引用し本明細
書に含めてある。

【００３１】 本明細書に記載した刊行物は、本出願の出願日前に開示されたものに限定して
ある。本発明は、先発明によって斯かる出版物に先行する権利を有しないと認め
たものではない。又、刊行物の発行日は実際の発行日と異なる可能性もあり、そ
の場合は個別に確認する必要があろう。

【００３２】

【定義】

本明細書中、特定の材料に対して使用される「展性」という用語は、材料をス
トランドに引抜くことを許容する状態にある材料を意味する。より好ましくは、
本明細書で使用する展性材料は、室温では固体であるが、高温では長尺のファイ
バに容易に整形又は引抜くことのできる光ファイバ又はプレフォーム体を形成す
る材料（シリケートガラス等）を意味する。本明細書にて使用する用語は、流動
可能、又は展性であり若しくは加熱した（又はその他の処理後の）形態にある材
料を含むものとする。

【００３３】 本明細書中「引抜き」及び「引抜いた」という用語は、材料の流れを細長にし
て長尺のファイバを形成する過程を意味する。流れ物理学を使用する引抜きの結
果、均一な寸法であり（その長さに沿った断面の寸法及び形状の点にて）、引抜
かれる最初の液体流又はプレフォーム体と比較して横方向寸法（断面）が著しく
縮小したファイバとなる。引抜き過程において、切れ目無し筒体の中央にある材
料が筒体から引き離され、これにより筒体と比べて狭小な直径となる。その長さ
は長くなり、直径は縮小する。

【００３４】 「収束流体」という用語は、液体の流れ又はプレフォーム体を収束させるため
に使用される流体である。この流体は、液体の流れ又は展性なプレフォーム体と
混和不能である液体（収束される液体の流れと比べて同一の密度又は好ましくは
低密度である）とすることもできるが、この流体は加熱された気体であることが
好ましい。

【００３５】 本明細書で使用する「プレフォーム体」という用語は、例えば、シリカガラス
の切目無し筒体のような、光ファイバの前駆体である構造体を意味するものとす
る。プレフォーム体は光ファイバの基本的構造要素を有する（但し、その直径は
より大きい）が、全体として加熱され且つ引抜かれて狭小な光ファイバの細長い
形態となる。プレフォーム体はガラス（例えば、ケイ酸塩）、プラスチック、黒
鉛等を含む、当該技術分野にて既知の多数の異なる材料にて形成することができ
る。１つの好ましい実施の形態において、フォトニック帯域空隙構造体により取
り囲まれたファイバの中空部分を光が透過するのを許容する１つ又はより多数の
フォトニック帯域空隙構造体（例えば、一群の中空の筒体）にてプレフォーム体
を構成することができる。

【００３６】 「高粘性流体」及び「高粘性液体」という用語は、水よりも顕著に大きい粘度
、すなわち水の粘度の５倍以上の粘度を有する流動可能な材料を意味するものと
する。具体的には、「高粘性液体」という用語は、レイノルド数が比較的小さく
、具体的には約１以下、より好ましくは０．１以下である流体を包含することを
意図するものである。好ましい高粘性流体は、情報を光学的に伝送し得るように
ファイバを製作するために使用されるドープした形態の色々な溶融シリカガラス
及び溶融ガラスを含む。

【００３７】

【装置の概略】

図１を参照すると、本発明の概略断面図が図示されている。この特別な形態に
おいて、高粘性流体の供給源１はガラスプレフォーム体である。プレフォーム体
１の少なくとも端部分２は加熱炉３内に含まれる、すなわちプレフォーム体の端
部は加熱される。更に、空気又はより好ましくは、加熱された不活性気体のよう
な収束流体を加熱炉内に供給して圧力Ｐ₀を生ぜしめる。加圧された加熱炉内の
収束流体の唯一の出口はノズル５を介して形成された開口部４である。加熱炉内
の気体がノズル５を通って開口部４から急速に排出されると、高粘性流体はノズ
ル５を通じて吸引され、最終的に開口部４から出て且つ細長いファイバ６を形成
する。この特別な実施の形態は、概略的な実施の形態であり、高粘性流体を引抜
くため収束流体を使用して安定的なファイバを形成する本発明の要旨を説明する
ため、単に一例として掲げるものである。当該技術分野の当業者は、この開示を
読んで、加熱炉３の温度及び圧力、ノズル５の形状、ノズルの長さ及びノズルを
通じて押出される高粘性流体の粘度のような因子を含む変更が可能であることが
理解されよう。

【００３８】 １つの代替的な実施の形態において、プレフォーム体は中空管と置換されてお
り、この中空管は、溶融シリカガラスのような高粘性流体が連続的に供給される
金属管であることが好ましい。これらの実施の形態の双方、すなわちプレフォー
ム体の実施の形態及び管の開口部から供給される溶融液体の実施の形態は、中空
のファイバを製作することを可能にする変更を含んでいる。具体的には、プレフ
ォーム体は、図１に図示するように固体であるプレフォーム体とすることができ
るが、同一の方法を使用して細長にし且つ押出し成形し、開口部４を通じて押出
し成形された最終的なファイバが中空ファイバである、中空管から成るプレフォ
ーム体とすることもできる。溶融シリカが筒管によって供給されるとき、該管は
加熱された不活性気体であることが好ましい気体を供給する第二の管がその内部
に同心状に配置される。加熱された不活性気体は、十分に高圧力にて供給し、中
空ファイバが加熱炉３内で潰れないようにしなければならない。このように、中
空管内の圧力を釣り合わせ、その圧力が加熱炉３内の圧力とほぼ等しく、中空管
が潰れずに、開口部４から押出し成形され、中空ファイバを形成するようにする
。全ての実施の形態において、加熱炉内部の圧力Ｐ₀は十分に高圧であり、ノズ
ルの形態は開口部４からの気体の押出しが超音速、すなわち音速よりも速い速度
で行われるようにすることが好ましい。

【００３９】 次に、図２を参照すると、本発明のノズルの概略断面図が図示されている。フ
ァイバを開口部４から安定的な仕方にて押出し成形することを特に含み、ファイ
バが撥ね出し又は過度に移動し、その結果、押出し成形されるファイバ材料が破
損し又は不均一とならないようにする望ましい結果を得るために、ノズルの特定
の形態は重要である。ノズル５の内面７の幾何学的形態は次式によって決定する
ことができる。

【００４０】 Ｐ（ｘ）＝ｐ₀ｅ^-λx Ｐ₀は加熱炉３内の内部圧力である。λはλが超音速膨張を実現し得るように
０．６３５以上である定数であり、ｘは関数である。

【００４１】 図２に図示するように、図示した形態の場合、λは５．６５である。Ｐ₀は０
以上の全てのＥに対し０．３２５以上である。その結果、次式に従って高粘性流
体の引抜きのため、絶対的な安定状態となる。

【００４２】 Ｐ₀≧μ₁Ｖ₁／Ｌ 上記の等式において、μ₁は高粘性液体の粘度である。Ｖ₁はファイバがプレフ
ォーム体の端部から又は管から押出し成形されるときのファイバの粘度Ｖ₀より
も実質的に大きいノズル内部のファイバの粘度である。Ｌはノズルの長さ、従っ
て気体のような収束流体がファイバを開口部４から引張り、付勢し又は引抜くた
めの顕著なエネルギを供給する長さである。

【００４３】 次に、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを含む図３を参照すると、異なるλは異なるノ
ズルの形態を提供し、その結果、ノズルの開口部４から引き出されるファイバが
絶対的安定状態となることができることが理解される。具体的には、λ＝２、４
、６、１０に対するプロット図が図３Ａに描かれている。図３Ｂにはλ＝２の場
合のノズルの形態が図示され、図３Ｃにはλ＝６の場合のノズルの形態が図示さ
れている。

【００４４】 次に、図４を参照すると、圧力である１つの追加的なパラメータが考慮されて
いる。Ｘ軸にプロットした所定のλの場合、図４のグラフには、安定的なジェッ
トを得るため加熱炉への入口にて必要とされる圧力程度が図示されている。

【００４５】

【粘性流体に加わる力】

ガラスファイバの製作モデルは多数の異なるパラメータを考慮に入れる。使用
されるパラメータの範囲（すなわち、使用される流量、供給ノズルの直径、オリ
フィス直径、圧力比等のような特性に対する一組みの特殊な値）は、実質的に任
意の所望の粘性液体又はプレフォーム体と適合し得るよう十分に大きくなければ
ならない（動的粘度は１０^-4乃至１ｋｇｍ^-1ｓ^-1の範囲にある）。

【００４６】 プレフォーム体−流体の境界部が形成されるとき、供給点の出口から現れるプ
レフォーム体を同心状にノズル内に引抜く。プレフォーム体が出口ポートから現
れた後、該プレフォーム体はその表面を流れる収束流体（例えば、気体流）によ
り加わる接線方向のスィーピング力によって加速され、この力はプレフォーム体
の断面寸法を漸進的に縮小させる。換言すれば、気体の流れは、レンズとして作
用し、プレフォーム体が前方に且つ圧力チャンバの出口オリフィス内に移動する
とき、該プレフォーム体を収束させる。このことは図１に概略図的に図示されて
いる。

【００４７】 流体の流れによりプレフォーム体の表面に加えられる力は、不規則な表面の振
動を防止するのに十分、安定的でなければならない。このため、気体の動作の全
ての乱流を回避しなければならない。気体の速度が速い場合であっても、オリフ
ィスの特徴的な寸法は、気体の動作が層状であること（ジェットに形成され且つ
ノズル又は穴の内面に形成される境界層と同様のもの）を保証しなければならな
い。

【００４８】 本発明の有利な点の１つは、ファイバ６がノズル５の開口部４から出るとき、
ファイバ６の表面にて望ましい冷却効果が得られることである。具体的には、気
体がノズルの開口部４から出るとき、ガスは急激に膨張してファイバ６の表面の
エネルギ又は熱を吸収することを可能にする。このことは、ファイバが開口部４
から出るとき、ほぼ溶融した状態となるようにファイバを急速に冷却することを
可能にする。その後、冷却したファイバを凝固させ且つ格納箇所に移動させるこ
とができる。図１に図示するように、加熱炉は、圧力Ｐ₀にて加圧され、単一の
開口部４を有する単一のノズルを備えている。しかし、本発明は、加熱炉又は加
圧された領域が多数の開口部４を有する多数のノズル５を備えており、該開口部
の各々にはノズル５の各々の開口部４の上流に配置された異なる高粘性供給源に
より供給されるようにすることも考えられる。かかる形態において、単一の加熱
炉又は加熱要素があればよい。更に、加熱炉又は圧力チャンバ内の気体又は圧力
は、ファイバをノズルを通じて収束させ且つ移動させるのに十分であるから、ノ
ズル及びその外部雰囲気への開口部が高粘性流体の流れのほぼ下流に配置される
ならば、ノズルを正確に位置決めすることは極めて重要ではない。

【００４９】 図１に図示した実施の形態を使用すれば、加熱炉３内に被覆材料を含むことに
より被覆したファイバを提供することが可能である。任意の所望の被覆又はクラ
ッディング材料を高粘性流体に提供される気体又はその他の収束流体材料内に含
めることもできる。更に、高粘性流体が管によって加熱炉に供給され、該管が気
体を押出す、同心状に配置された管を包含する実施の形態において、その気体は
、形成されるファイバの内部を被覆し又は合わせるために使用することのできる
被覆材料又はクラッディング材料を含むことができる。当該技術分野の当業者は
、製作されるファイバに対して望ましい光学的性質又はその他の特徴を提供し得
るようにファイバの内部及び（又は）外側に被覆されることが望ましいある範囲
の異なる材料を採用することが考えられよう。

【００５０】

【光ファイバのプレフォーム体】

光ファイバは、典型的に、適宜な組成の光ファイバプレフォーム体を製作し且
つファイバを該プレフォーム体から引抜くことにより製作される。プレフォーム
体を製作し且つ次に、高温度の引抜き法を行い、この場合、固体のプレフォーム
体の中心を引き離し、これによりファイバの横方向寸法を縮小させると同時に、
ファイバの長さを増大させる。典型的なプレフォーム体は、長さ約１ｍで且つ外
径が２０乃至２００ｍｍの同心状のガラスロッドである。ロッドの中央コアは、
直径約１乃至５ｍｍの高純度、低損失のガラスであり、このガラスは、その光学
的性能を向上させ得るように選択的にドープされる。クラッディングと称する同
心状の外側筒体は内側コアよりも屈折率が小さいガラス層である。

【００５１】 １つの特別な実施の形態において、本発明は、光ファイバ及び（又は）光ファ
イバプレフォーム体を製作する要素（管及びロッド）を製造するために使用する
ことができる。本発明は、内側コアと、外側クラッディングコアとを有する単一
のロッドを形成するために使用することができる。コアは、例えば、ゲルマニウ
ム酸化物又はリン酸化物にてドープされたシリカを備えるか、又はこれと代替的
に、ファイバはポリマークラッドシリカガラスコアを備えるようにしてもよい。
クラッディングはフルオロケイ酸塩のような純粋又はドープしたケイ酸塩、ポリ
ジメチルシロキサンのようなオルガノシロキサン又はフッ化アクリルポリマーと
することができる。例えば、米国特許第６，０１４，４８８号を参照。ファイバ
は、例えば、ファイバのカラー被覆を許容し得るように顔料を含む樹脂を有する
被覆のような第三の外側被覆を含むこともできる。

【００５２】 ロッドの２つの層（又はより多数の層）は、同心状の針を通じて筒管として押
出し成形され、例えば、温風又は加熱された不活性気体のような加熱された気体
にて収束させることが好ましい。ロッドは、安定的なマイクロジェットが不安定
となる前に、ロッドが凝固することを許容する環境内に押出し成形される。製作
されるファイバは、光ファイバの所望の長さ及び帯域幅に依存して、直接使用す
るか又はより長い細いファイバに引抜くことができる。このように、収束技術は
、ケーブル内で直接、使用される長く細い光ファイバを製作することができ、又
は好ましくは、製作したファイバを光ファイバ内で使用する前に更に引抜くこと
ができる。

【００５３】 １つの特に好ましい実施の形態において、フォトニック帯域幅空隙構造を利用
して光ファイバ用のプレフォーム体を製作するため、本発明の方法が使用される
。フォトニック結晶は、空間内の１つ又はより多数の方向に向けて構造体要素を
繰り返す構造体である。多数回の反射の結果、特定の波長は、これら構造体を伝
播することができず、構造体が空間内の任意の角度から入射する波長を反射する
ならば、その構造体は「フォトニック帯域幅空隙」を保持するといわれる。ジョ
アンポウロス（Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ）、Ｊ．Ｄ．らのフォトニック結晶（
Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ）、プリンストン大学新聞、光の流れの成
形（ｍｏｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）（１９９５）、カ
サン（Ｃａｓｓａｇｎｅ）Ｄ．らのフィジックス・レビュー（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ
．） Ｂ５２：Ｒ２２１６−Ｒ２２２０（１９９５）。

【００５４】 最初に、フォッニック帯域幅空隙を実現するためには、屈折率の差が大きいこ
とが必要であると考えられた。かかる差の一例は、空気と半導体との間の屈折率
、すなわち３以上の屈折率ｎである。研究の結果、空気とシリカとの間の屈折率
（ｎ＝１．５）の妥当な差を使用して二次元的フォトニック帯域空隙を形成する
ことが可能であり、光はロッドの方向に対し平行に移動する成分を有することが
分かった。ビンクス（Ｂｉｎｋｓ）らのエレクトロン・レター（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ．Ｌｅｔｔ）３１、１９４１−１９４３（１９９５）。通常、シリカによって
吸収される波長は空気を通じて遥かに長い距離に亙って伝送することができ、空
気は妥当な光学的パワーのとき、シリカ内で生ずる非線形効果を受け難いため、
フォトニック帯域空隙構造体を使用して遥かに多量のパワーを供給することがで
きる。このように、フォトニック帯域空隙構造体は、材料の形態を波長規模にて
周期的な微細構造体とすることによって、従来の材料に新たな光学的性質を導入
することを可能にする。

【００５５】 この型式の光ファイバプレフォーム体は、所望の構造体を製作し得るように積
重ねた多数のロッド及び（又は）管を使用して一般に製作される。例えば、クレ
ガン（Ｃｒｅｇａｎ）らのサイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８５：１５３７−１
５３９（１９９９）及びナイト（Ｋｎｉｇｈｔ）らのサイエンス２８５：１４７
６−１４７８を参照。かかる管は、フォトニック帯域空隙構造体の形成を許容す
る任意の材料、例えば、非限定的に、シリカ、ガラス、黒鉛、プラスチック等を
含む材料にて形成することができる。例えば、上記のクレガンら及びＦ．ガドッ
ト（Ｇａｄｏｔ）らのアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．）７１：１７８０（１９９７）を参照。この構造体は、さもなけれ
ば周期的である、ハニカム格子内に配置された空気穴の配列の欠点に基づくもの
である。

【００５６】 例えば、一定の直径の多数の固体シリカロッドを水平に積重ねて多角形断面構
造の構造体を形成することができる。構造体内で導波路コアを形成するため、結
晶構造体、すなわち完全に周期的な構造体の光学的特性と相違する光学的特性を
有する局部的領域内に「欠点」を導入しなければならない。このコアは「クラッ
ディング」によって、この場合、コア内部に光を封じ込める完全な周期的領域に
よって、取り巻かれている。好ましくは、光を中央コアを通じて下方に案内する
ことを許容し得るようにプレフォーム体の中心により大きい空間が残るようにす
る。余剰な空気穴を構造体内に導入することはまた、局部的案内モードが帯域空
隙内に出現することを許容することもできる。

【００５７】

【フォトニック帯域空隙構造体】

周期的誘電構造体から光学的周波数にて光を反射するためには、全内反射（Ｔ
ＩＲ）及び反射という２つの主要な形態がある。ＴＩＲはインターフェース部の
両側部にて周波数及び相の双方を同時に釣り合わせることができないとき、２つ
の誘電体間のインターフェース部にて生じる。光が高誘電性材料から入射すると
き、光は全反射されて材料内に戻る。このことは入射角度が臨界角度よりも大き
い場合に限り生ずる。また、均質な誘電体と周期的な誘電体との間のインターフ
ェース部にても光を反射させることができる。このことは、周期的媒体内の多数
の散乱波が破壊作用的に干渉し、これにより周期的媒体内部の伝播を阻止すると
きに生じる。

【００５８】 光がガラスと相互作用することは、ＴＩＲを利用する、従来のガラス光ファイ
バにて伝送することのできる最大パワーを制限することになる。１以下の屈折率
を有する固体材料は存在しないから、コアはクラッディングよりも大きい屈折率
を有しなければならないため、中空のコアがＴＩＲを利用するファイバを備える
ことはできない。

【００５９】 フォトニック結晶は、空間内で１つ又はより多数の方向に向けて構造的要素を
繰り返す構造体である。多数回の反射の結果、特定の波長はこれら構造体内で伝
播することができず、構造体は、空間内の任意の角度から入射する波長を反射す
るならば「フォトニック帯域空隙」（ＰＢＧ）を保持するといわれる。ジョアン
ポウロス、Ｊ．Ｄ．ら、フォトニック結晶、プリンストン大学新聞（１９９５）
、光の流れの成形、カサンＤ．ら、フィジックス・レビュー Ｂ５２：Ｒ２２１
６−Ｒ２２２０（１９９５）。かかるフォトニック結晶を有し、従ってＰＢＧｓ
を保持する構造体は、適宜なフォトニック帯域空隙を有する材料により包み込ま
れた構造体の中空部分を通じて光を向ける能力を有するから、光ファイバとして
使用することが可能である。

【００６０】 １つの実施の形態において、本発明の方法はＰＢＧ構造体から成る光ファイバ
を製作するために使用することができる。上述したように、これらの構造体はＴ
ＩＲを利用するファイバにて見られる特定の制約、例えば、クラッディングがよ
り大きい屈折率を有することを必要とせずに、光が中空コアを通って伝播するこ
とを許容する。光が透過する媒体として空気を使用することは、また、従来の光
ファイバのコア材料（例えば、ガラス）により吸収される特定の波長が吸収され
ることを阻止する。ファイバ内の中空構造体に沿った光のシングルモード伝送を
許容するＰＢＧ構造体を形成するため、本発明の方法を使用することが可能であ
る。

【００６１】 最初に、フォトニック帯域空隙を実現するためには、大きい屈折率の差が必要
であると考えられていた。かかる差の一例は、空気と半導体との間の屈折率、す
なわち３以上の屈折率ｎであろう。研究の結果、空気とシリカとの間の屈折率（
ｎ＝１．５）の妥当な差を使用して二次元的フォトニック帯域空隙を形成するこ
とが可能であり、光はロッドの方向に対し平行に移動する成分を有することが分
かった。ビンクス（Ｂｉｎｋｓ）らのエレクトロン・レター３１、１９４１−１
９４３（１９９５）。通常、シリカによって吸収される波長は、空気を通って遥
かに長い距離に亙って伝送することができ、空気は穏当な光学的パワーにてシリ
カ内で生ずる非線形効果を受け難いため、フォトニック帯域空隙構造体を使用し
て遥かに多量のパワーを供給することができる。このように、フォトニック帯域
空隙構造体は、材料の形態学を波長規模にて周期的微細構造にすることによって
従来の材料に新たな光学的性質を導入することを可能にする。

【００６２】

【光ファイバプレフォーム体の製作】

多岐に亙る光ファイバが既知であり、これらファイバの各々は特定のプレフォ
ーム体から製作することができる。本発明の１つの好ましい実施の形態において
、光ファイバプレフォーム体はＰＢＧｓを形成する周期的領域を保持するフォト
ニック結晶から成っている。この型式の光ファイバプレフォーム体は、全体とし
て、所望の構造体を製作し得るように積重ねられる多数のロッド及び（又は）管
を使用して製作される。例えば、クレガンらのサイエンス２８５：１５３７−１
５３９（１９９９）及びナイトらのサイエンス２８５：１４７６−１４７８（１
９９８）を参照。かかる管は、フォトニック帯域空隙構造体の形成を許容する任
意の材料、例えば、非限定的に、シリカ、ガラス、黒鉛、プラスチック等を含む
材料にて形成することができる。例えば、上記のクレガンら及びＦ．ガドットら
のアプライド・フィジックス・レター７１：１７８０（１９９７）を参照。この
構造体は、ハニカム格子内に配置された、さもなければ周期的な空気穴の配列の
欠点に基づくものである。

【００６３】 例えば、一定の直径の多数の固体シリカロッドを水平に積重ねて多角形断面構
造の構造体を形成することができる。構造体内で導波路コアを形成するため、完
全に周期的な構造体の光学的特性と相違する光学的特性を実現すべく、「欠点」
（又は中空部分）を導入しなければならない。このコアは「クラッディング」と
して機能し且つコア内部に光を封込める完全な周期的領域によって取り巻かれて
いる。好ましくは、光を中央コアを通じて下方に案内することを許容し得るよう
プレフォーム体の中心に空間が残るようにする。これと代替的に、光が多数の通
路を通って下方に進むのを許容し得るように多数の中空の空間が周期的構造体内
に残るようにしてもよい。余剰な空気穴を構造体内に導入することはまた、帯域
空隙内に局部的案内モードが出現することを許容することができる。

【００６４】 別の実施例において、一例としてのシングルモード光ファイバは、中央にて直
径１０μｍのコアと、該コアを取り巻く直径１２５μｍのクラッディングと、該
クラッディングを覆う樹脂により形成された保護ジャケットから成っている。従
って、光ファイバガラスプレフォーム体は、内側コア部分及びクラッディング被
覆から成っている。光ファイバガラスプレフォーム体自体は、従来通り、光ファ
イバの多孔質ガラスプレフォーム体を形成するスート本体を透明なガラスに変換
することにより形成される。

【００６５】 光ファイバの多孔質ガラスプレフォーム体を製作する従来の方法は、ＯＶＤ法
（外側成長型ＣＶＤ法）及びＶＡＤ法を含む。本発明と共に使用されるプレフォ
ーム体は、当該技術分野の当業者に既知の上記及びその他のプレフォーム体の製
作方法を使用して製作することができる。

【００６６】 例えば、ＶＡＤ法を使用して光ファイバの多孔質ガラスプレフォーム体を製作
する一般的な方法は、シードバー（以下に「標的バー」と称する）を作製し且つ
その標的バーを、その一端が上側部から吊下げられ、標的バーをその長手方向中
心軸の周りで回転させることができる反応容器の反応チャンバ内に配置すること
を含む。酸水素炎が発生される酸水素バーナーに酸素、水素及びその他の燃焼気
体並びにＳｉＣｌ₄ガラス粒子材料（所望であるならば、ＧｅＣｌ₄のようなドー
パントを含む）を供給する。バーナーからの燃焼気体により形成された酸水素炎
において、酸水素炎内の水分及びＳｉＣｌ₄は次の反応式で示すように加水分解
反応を行い、ガラス粒子の主要成分であるＳｉＯ₂を形成する。

【００６７】 ＳｉＣｌ₄＋２Ｈ₂Ｏ＝ＳｉＯ₂＋４ＨＣｌ これらのガラス粒子を回転する標的バーの下側部分に噴霧し且つ該下側部分上
に蒸着させ、光ファイバのスート本体を形成する。

【００６８】 ＶＡＤ法により形成された光ファイバのスート本体は、次に、透明なガラスに
変換して光ファイバの製作に使用される光ファイバの多孔質ガラスプレフォーム
体を形成する。透明なガラスに変換された光ファイバスート本体は、必要である
ならば、該本体の周りにガラス粒子を更に蒸着させることができる。この場合、
ガラス粒子を蒸着した後、スート本体は再度、透明なガラスに変換して光ファイ
バガラスプレフォーム体を形成する。

【００６９】 従来の光ファイバプレフォーム体を形成するその他の方法は、米国特許第４，
２２４，０４６号、米国特許第４，４１９，１１６号、米国特許第４，４２１，
５４０号、米国特許第５，３２０，６６０号、米国特許第５，３９７，３７２号
、米国特許第５，６７２，１９２号に記載されている。

【００７０】

【光ファイバの被覆】

光信号を伝送するため複数の光ファイバを保持する光ファイバケーブルは周知
である。かかる光ファイバケーブルは、典型的に、ケーブルの上で軸方向引張り
応力及び軸方向圧縮力を保持する補強部材を有することのできるコアを備えてい
る。１つ又はより多数の管もコア内に配置されている。管の各々は、典型的に、
複数の光ファイバを含む。１つの管内の光ファイバは、個々にストランド化し又
は光ファイバをリボン内に提供することができる。管及び補強部材を含むコアを
包み込むためシースが提供される。かかるケーブル内に含まれる光ファイバは、
典型的に、ガラスコア及び１つ又はより多数のクラッディング及び（又は）被覆
を含む。

【００７１】 ガラス光ファイバの製作過程の間、プレフォーム体からガラスファイバを引抜
き且つ典型的に紫外線硬化性材料である１つ又はより多数の被覆材料にて被覆す
る。被覆材料は、例えば、重合系組成を含み１つ又はより多数の被覆アプリケー
タにより施される。ファイバ被覆の機能は、その後の取り扱い及び使用をする間
に光ファイバが受けるであろう機械的引掻き傷及び磨耗からガラス光ファイバの
表面を保護することである。１つの被覆又はより多数の被覆は、外部の機械的力
及び環境の温度に応答してファイバの光学的性質にも影響を与える。

【００７２】 光ファイバは、殆ど汎用的に、その最終用途にてカラーコード化されている。
殆どの市場にて許容可能である多数のカラーが存在し、追加的なカラー又は周縁
を剥ぎ取ると共に、カラー識別したファイバを「束ねる」ことにより更なる識別
が可能となる。１つの光ファイバをカラー識別する１つの周知の方法は、単一又
は二重の被覆層を有する光ファイバにインク層を施し、複合的光ファイバの全体
が最外側のインク層と共に、一次的被覆層及び二次的被覆層を含むようにするこ
とである。インクカラー識別層は薄く、典型的に３乃至５ミクロンの厚さであり
、典型的に、担体樹脂及び顔料システムを含んでいる。担体樹脂は、典型的に、
可溶性熱可塑性材料とし又は紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂とすることができる。前
者において、インクはフェルト先端アプリケータ又はローラのような器具を使用
して染料又は転写法を介して施され、担体樹脂の溶剤は熱によって排出し、ファ
イバ上に顔料を加えた樹脂が残るようにする。ＵＶシステムには、溶剤は存在し
ない。液体樹脂顔料をＵＶエネルギにより固体状態に硬化させる。双方のインク
は、光ファイバの製作工程又はケーブルの製作工程の何れかからも別個の工程を
含む。

【００７３】 ファイバをカラーコード化する１つの代替的な方法は、カラーを二重被覆した
光ファイバの二次的（外側）被覆内に直接、混合させることである。この二次的
被覆は着色剤の担体樹脂として機能する。

【００７４】 １つの実施の形態において、光ファイバは、取り巻く収束流体として望ましい
液体被覆を使用して、収束方法の間、被覆する。例えば、プレフォーム体を加熱
し且つ液体樹脂顔料から成る外側液体を使用して収束させることができる。プレ
フォーム体が収束されると、プレフォーム体に液体樹脂及び顔料を被覆し、収束
した光ファイバを押出し成形したとき、該光ファイバは収束材料の外側被覆を保
持する。次に、収束した光ファイバを気体状環境内に押出し且つＵＶエネルギを
使用して、直ちに固体状態に硬化させる。

【００７５】

【プレフォーム体及びファイバの特徴】

次に、ファイバを製作するため、従来の引抜き技術を介して使用することがで
きるプレフォーム体の双方を製作すべく本発明の方法を使用することができ、又
はこれと代替的に、本発明の方法は、従来の技術を使用して製作されたプレフォ
ーム体からファイバを製作するために使用することができ、或いはこれと代替的
に、本発明は、本明細書に記載した方法に従って製作されたプレフォーム体を使
用してファイバを製作するために使用することもできる。その長さに沿って一定
の直径を有するプレフォーム体は、特に、その直径がファイバ又はプレフォーム
体の長さに沿って±１％以下乃至±３０％以下まで変化する場合、本明細書に記
載された技術を使用して製作することができる。更に、ファイバの長さに沿った
直径がほぼ一定であるファイバを製作することができ、例えば、ファイバの長さ
に沿った直径が±約１０％以下、より好ましくは±約１％だけ変化する、直径約
１ミクロンのシリカガラスの光ファイバを製作することができる。

【００７６】 本発明の方法は、加熱炉又は圧力チャンバ内で提供される適宜な外部圧力の分
布状態により向上させることのできるファイバの製作時の安定性を可能にする。
取り巻く収束流体又は気体シュラウドによってガラスを固体の接触が回避される
から、ファイバに加わる応力を大幅に減少させることができる。古典的な押出し
成形又は引抜き技術と比較して半径方向粘性応力が大幅に減少することにより、
同心状の複雑なファイバ構造体を形成することができる。本発明のノズルから押
出された溶融し又は半溶融／半固体のファイバを共に組み合わせて任意の所望の
形態のフォトニック帯域空隙構造体を提供することができる。本発明の技術を介
して製作されたかかるフォトニック帯域空隙構造体及びファイバの特徴は望まし
いのみならず、その加工工程自体が取り巻く収束流体に起因する押出し成形装置
の詰まりを回避し、また、かかる固体物との接触に起因するファイバ材料の汚れ
を回避するといった望ましい特徴も得られる。更に、ノズルから出るガスの膨張
に起因して生ずる急速なファイバ急冷によりファイバの品質を向上させることが
できる。

【００７７】

【実施例】

以下の実施例は、当該技術分野の当業者に対し本発明を実施し且つ使用する方
法を完全に開示し且つ説明し得るように記載したものであり、当該発明者達が自
らの発明であると見なす範囲を限定することを意図するものではなく、また、以
下に記載した実験は、実施された全て又は唯一の実験であることを示すことを意
図するものでもない。使用される数値（例えば、量、温度等）に関して正確さを
期するよう努めたが、多少の実験上の誤差及びはずれは考慮すべきである。別段
の記載がない限り、部分は重量による部分であり、分子量は平均分子量であり、
温度は℃であり、圧力はほぼ大気圧である。本明細書に記載した圧力単位はパス
カル単位であるとみなし、粘度は１秒／１ｍ当たりのキログラムであり、長さは
メートル、速度は１秒当たりメートルである。

【００７８】

【実施例１】 従来の光ファイバプレフォーム体の収束 光ファイバは、典型的に、適宜な組成の光ファイバプレフォーム体を製作し且
つファイバをプレフォーム体から引抜くことによって製作される。１つのプレフ
ォーム体は長さ約１ｍ及び外径２０ｍｍの同心状のガラスロッドである。ロッド
の内側コアは、直径約３ｍｍのゲルマニウムケイ酸塩ガラスのような高純度、低
損失ガラスである。クラッディングと称する同心状の外側筒体は内側コアよりも
小さい屈折率を有するガラス層である。

【００７９】 このプレフォーム体の引抜きは、図１に図示した装置を使用して行われる。簡
単に説明すれば、プレフォーム体の端部は、プレフォーム体の材料が展性となる
のを許容する温度まで加熱される供給源として機能する。一般に、シリカのよう
な高粘性液体ファイバは７００乃至１０００℃（約１０００乃至１３００゜Ｋ）
の温度範囲内で加工することを必要とし、粘度は１，０００，０００乃至１，０
００，０００，０００センチポイズの範囲にある。プレフォーム体は展性となる
のに十分な時間、加熱された環境内に保持し、次に、プレフォーム体の供給源か
ら取り巻く収束気体と共に、圧力チャンバ又は加熱炉内に導入する。重力を使用
し且つ選択的に、供給源のチャンバ内に加熱された気体パルスを導入することに
より、プレフォーム体の供給源を開放することで圧力チャンバ内に導入する。収
束気体は第二の入口ポートを介して圧力チャンバ内に導入する。収束ガスはまた
プレフォーム体の展性を保ち得るように加熱することもできる。

【００８０】 加熱炉３内の収束流体又は気体は、ノズル５の出口４に向けて急激に流れて、
プレフォーム体及び管の高粘性ガラスに引張力を形成する。このように、プレフ
ォーム体の筒状の構造体は、ノズル５に向けて移動するとき、長さが増大し且つ
断面寸法が縮小する。ノズル５内にて、プレフォーム体がノズル５の開口部４か
ら出て且つ同様に、開口部４が出る気体が急激に膨張して雰囲気圧力Ｐ_aとなる
ことにより冷却される迄、追加的な力がノズルの長さ「Ｌ」に沿って連続的に加
えられる。ファイバ７がノズル５の開口部４から出ると、該ファイバはプレフォ
ーム体１の端部２にあるときに移動する速度「Ｖ₀」よりも実質的に速い速度「
Ｖ₁」にて移動する。更に、λ＞０．６３５の場合、気体は超音速にて膨張する
。

【００８１】 本発明によれば、図１に図示するように、この方法を繰り返して行うことが可
能である。具体的には、開口部４から出るファイバ６が同一の加工工程の開始部
とし、これにより粘性材料の長さは加熱炉３´及びノズル５´に入り更に引き伸
ばされる、すなわちその長手方向寸法が増大し、その断面寸法が縮小し任意の所
望の長さ又は寸法のファイバを製作することができる。

【００８２】 高粘性液体に対する異なる物理的現象及び規模拡大の法則のため、ノズルは２
００ミクロンのノズルを通じて気体のジェットによりファイバ６を引抜くのに必
要とされる極めて高い圧力を受けるような設計とされることが好ましい。例えば
、幾つかの流体はチャンバから出るとき強烈な跳ね出し又は激しく動揺する不安
定さを呈する。このことは、装置の設計にて及び流れが押出される仕方の点にて
考慮することができる。例えば、流れ及びファイバは真空チャンバ内に排出し、
ファイバ６がフラッシュ冷却され、真空チャンバに沿って好ましい圧力勾配を生
ずるようにする。

【００８３】

【実施例２】 フォトニック帯域空隙光ファイバプレフォーム体の収束 １つ又はより多数のフォトニック帯域空隙構造体から成る光ファイバを本発明
の方法及び装置を使用して引抜くことができる。

【００８４】 フォトニック帯域空隙構造体を利用する光ファイバは、当該技術分野の最近の
文献に記載されている。これら構造体は、中空のコア内に留まるように光を付勢
するフォトニック帯域空隙構造体をクラッディング材として備えている。シリカ
と空気との間の差（１．４６乃至１）は、これら目的に有用な帯域空隙を形成す
るのに十分であることが分かっているから、この構造体はシリカ管及びロッドか
ら製作される。上記のクレガンら及び上記のナイトらを参照。形成される帯域空
隙はプレフォーム体の幾何学的配置に依存し、穴、穴の寸法及び穴の間の距離の
ような変化する構造的特徴も形成される帯域空隙を変化させる。光ファイバとし
て使用されるＰＢＧ構造体は、例えば、約２５乃至４５％、好ましくは、約３０
％のように、中心部の空気容積が大きい構造体であることが好ましい。

【００８５】 全てのファイバは基本的に相違する２つの方法を使用して製作することができ
る。１つの形態によれば、プレフォーム体１（図１に図示するような）は中空の
筒体とすることができる。１つの代替的な形態によれば、溶融シリカを押出し、
第二の管の周りに同心状に配置された管によって溶融シリカガラスが提供され、
該第二の管は、気体を押出し且つこれと同時に、加熱炉又は圧力チャンバ３内の
気体を圧力「Ｐ₀」とほぼ等しい圧力に保つ。複数の構成要素が半固体状態にあ
る間に、互いに接触する中空の半固体管を同時に押出し得るように図１に図示す
るような複数の構成要素を整合させることができる。次に、これらの管を互いに
融合させ且つ異なる管が当該技術分野の当業者に既知の仕方にて正確に配置され
たとき、フォトニック帯域空隙構造体を形成することができる。

【００８６】

【実施例３】 フォトニック帯域空隙光ファイバプレフォーム体の要素の収束 実施例２の収束に加え又はこの収束と組み合わせて、プレフォーム体を製作し
且つ（又は）融合させる前に、光ファイバＰＢＧプレフォーム体の前駆体要素を
収束させることができる。ＰＢＧプレフォーム体は、構造体内で均一な間隔の特
定の穴を形成し得るように束ねたロッド及び（又は）管を使用して製作される。

【００８７】 中空のシリカ又はプラスチックロッドを提供し、次に、本発明の収束方法を使
用して改変する。これら管は、本発明の方法を使用して極めて特定的で且つ小径
となるように収束させることができ、収束した管を使用してかかる管から成る光
ファイバプレフォーム体を製作することができる。次に、気体状外側流体により
液体の流れをマイクロジェットに収束させ、管を気体状環境内に押出し、この環
境内で管は凝固し且つ集められる。

【００８８】 プレフォーム体を製作するため、数１００本の中空の収束管を束ねて六角形の
列となるようにする。プレフォーム体を製作するために使用される管の直径は、
本開示を読む当該技術分野の当業者に明らかとなるように、帯域空隙内の所望の
穴の寸法に依存する。管の直径は、管の間のスペースを制御し、また、プレフォ
ーム体から形成された光ファイバ内に形成される周期的なスペースを制御する。
管が積重ねられたならば、光が通って進むことのできる１つ又はより多数の中空
のコアを提供し得るように適宜な数の管（例えば、５本乃至５０本の管）を除去
する。

【００８９】 製作後、プレフォーム体を融合させ且つファイバに引抜くための準備をするこ
ともできる。これと代替的に、融合しないプレフォーム体に対して実施例１にて
説明したような、細長化する工程を行い、この工程後、融合させてもよい。

【００９０】 数学的等式 図１に概略図で図示したように高速度の気体流によって取り囲まれた、長さＬ
の収斂−拡がりマイクロノズルを通じて同心状に引抜かれた、ニュートン粘性液
体について、軸対称の形態にあるものと仮定して検討する（軸対称の効果につい
ては以下に説明する）。その目的は、所定の速度Ｖ₁のとき、α＜＜Ｌの最終半
径のファイバを得ることである。Ｌ、α、Ｖ₁について無次元としたファイバ半
径、液体速度及び液体圧力を表わす無次元の可変値ｘ、ｆ、ｖ、ｐを軸座標につ
いて画成し、また、３μ₀Ｖ₁／Ｌを画成し、ここで、μ₀は基準液体粘度である
。更に、液体及び気体の粒子の滞在時間が相違するため、気体は対象とする任意
の不安定な液体動作（ファイバの直径程度の波長を伴う動作を含む）に対し安定
的であるとみなすことができる。気体圧力及び温度は、単に軸座標の関数に過ぎ
ない問題点における安定的な可変値と見なすことができる。

【００９１】 普遍化のため、液体の粘度が温度に非線形に依存する、すなわち、μ＝μ（Ｔ ₁ ）であり、Ｔ₁は液体の温度であると仮定することができる。液体粘度がμ₀（
多くの実際的状況にてμ₀＝１０⁵Ｐａ・ｓ）であるＴ₀により与えられる「引抜
き」点付近の温度の粘性流体を使用すれば、粘度と温度との間の関係は、μ＝μ ₀ １０^-κ^(Tｌ^/Tｏ^-1)の法則により十分に画成され、ここでκは無次元の定数で
ある（光ファイバにて使用される一般的なガラスの場合、Ｔ₀乃至１０００Ｋ、
κは約１０乃至１５とする）。次に、無次元の粘度ζ＝μ／μ₀を画成すること
ができる。このように、遥かに粘性で且つ大きい圧力と比較して、重力、液体加
速度及び表面張力を無視すれば、液体に対する周知の体積及びモーメントの保存
等式を表すことができる。

【００９２】

【数１】

【００９３】 境界条件（ｉ）ｐ＝ｐ₀＝（ＬＰ₀）／（３μＶ₁）、ｆ＝Ｅ^1/2、ｘ＝０のとき
、ｖ＝Ｅ^-1、（ｉｉ）ｘ＝１のとき、ｖ＝１、ここで、Ｅ＝Ｖ₀／Ｖ₁である。Ｖ ₀ は、入力液体速度（又は、ガラスファイバを引抜くときのガラスプレフォーム
体の速度）。ｆ_s＝Ｆ_s（３μＶ¹／Ｌ¹）、ここで、Ｆｓ〜τ／αは、表面におけ
る粘性応力に起因する単位体積当たりの軸方向合力、τは、気体流に起因する液
体表面の粘性応力である。高粘性液体であると仮定して、ファイバの半径方向速
度プロフィールはほぼ完全に平坦であり、これは、粘性拡散時間ｔ_v〜ρα²μ^-1 は、流体力学時間ｔ₀〜ＬＶ₁ ^-1よりも数倍程度小さい（すなわち、μＬ（ρＶ₁
α²）^-1＜＜１）からである。

【００９４】 他方、気体の流れは、周知の等エントロピー圧縮可能な１−Ｄ、Ｎ−Ｓ等式に
より支配される。気体圧力及び温度の分布状態は、その滞留値Ｐ₀、Ｔ₀及びその
局部的な断面積であるＡ（ｘ）を通るノズルの幾何学的形態によって与えられる
。ノズル内の気体の膨張は、次式で与えられる、ノズルに沿った気体の温度の変
化を生じさせる。

【００９５】

【数２】

【００９６】 これは等エントロピーであると仮定するものであり、ここで、γ＝Ｃ_p ^(g)／Ｃ _v ^(g) は、断熱気体定数であり、Ｃ_p ^(g)、Ｃ_v ^(g)ｖは、一定の圧力及び密度におけ
るそれぞれ通常の気体熱係数であり、ΔＰは、その入口からのノズルの特定の点
における圧力降下である。このことは、ΔＴ〜（γ−１）γ^-1ΔＰＰ₀ ^-1Ｔ₀によ
り近似値を求めることができる。

【００９７】 細いファイバであると仮定すれば、その局部的温度プロフィールＴ₁は次式で
与えられる。

【００９８】

【数３】

【００９９】 境界条件は、Ｔ₁（ｘ；ｆ）＝Ｔ_s（Ｔ₁（ｘ；０）≠∞）、Ｔ₁（０，ｒ）＝Ｔ ₀ であり、ここで、Ｔ_sは、ファイバ表面の気体温度、ｒは、半径方向座標（αに
より無次元とした）、α＝Ｋ／（ｖ₁ρＣρα²）である。Ｐ、Ｋ、Ｃρは、それ
ぞれ液体密度、熱伝導率及び熱容量である。２つの制限的問題点を識別すること
ができる。

【０１００】 １．α＞＞１：この場合、Ｔ₁＝Ｔ_sと仮定することかできる。これは「制限さ
れたガス」（ＧＬ）の場合と呼ぶ。 ２．α＜＜１：この場合、Ｔ₁＝Ｔ₀と仮定することかできる。これは「等温」
（ＩＴ）限界と呼ぶ。

【０１０１】 ＧＬの場合、半径方向へのファイバの温度プロフィールは均一であると見なす
ことができ、温度は、気体がその熱境界層を通じて熱を伝導する能力によって制
御される。他方の限界ＩＴにおいて、液体温度境界層は液体の熱を排出すること
ができないから、液体バルクは初期Ｔ₀温度に留まる。

【０１０２】 ファイバの形状の均一さ及び品質の観点からして、ＧＬが最も興味ある場合で
ある。その理由は、この材料は制御された温度を有し（すなわち、急冷し且つ非
結晶構造体が改良された材料である）、また、ファイバがノズルの出口に向けて
進むとき、そのファイバの粘度が顕著に増大する（従って、その「機械的抵抗」
が増大する）から、Ｖ₁＜＜ＫＬ／（ρＣρα²）で与えられる制限された生産速
度を必要とするものの、更なる過程の改良を必要とせずに、それ自体で殆んどの
不安定さを直ちに抑制するからである。これらの速度は、幾つかの場合、古典的
な簡単な熱間引抜き過程により実現することができるが、この過程のとき、温度
の制御は著しく制限される。

【０１０３】 これに反して、ＩＴの場合は、最も不安定で且つ制御が困難であるから、解決
は容易ではないが、生産性が増大する（大きいＥ値）という利益が得られる。こ
のため、この特別な限界について特定的に説明するが、このことは簡単な引抜き
の場合、ヤーリン（Ｙａｒｉｎ）ら（１９９９）によっても検討されている。我
々は、同一方向に流れる高速度の気体流を使用することは、（ｉ）ファイバを完
全に安定化させ、（ｉｉ）ファイバの均質さ及び（又は）形状の制御を実現する
ことを可能にし、（ｉｉ）ファイバの急冷状態を制御する手段を提供するもので
あることを明らかにする。我々はＩＴの場合に興味があるが、以下に全体的に説
明するため、ＧＬ限界の場合の液体の温度変化をも検討する。

【０１０４】 気体の境界層、粘性せん断応力、ファイバ表面の熱伝導−液体ジェットの気体
境界層の厚さはδ〜Ｏ（（μ_gＬＰ₀ ^-1）^1/2（Ｒ_gＴ₀）^1/4程度であり、ここで、
Ｐ₀、Ｔ₀、μ_gはノズル入口における滞留気体の圧力及び温度、¹ｇは気体のそれ
ぞれ粘度であり、通常通り、Ｒ_g＝Ｃ_p ^(g)−Ｃ_v ^(g)である。より急速な気体流に
起因してジェット表面に作用する接線方向粘性応力τはτ〜Ｏ（（μ_gＬ^-1Ｐ₀） ^1/2 （Ｒ_gＴ₀）^1/4程度となる。Ｆ_s〜τ／α程度である表面の粘性応力の単位容
積当たりの軸方向合力Ｆ_sをＦ_v〜μＶ₁／Ｌ₂程度である粘性応力の伸長（軸方向
）合力Ｆ_vと比較すると、Ｐ₀〜μＶ₁／Ｌであるため、次式が得られる。

【０１０５】

【数４】

【０１０６】 Ｆ_s＜＜Ｆ_vであり、μ_gμ^-1Ｌ²α^-2（Ｒ_gＴ₀）^1/2（実際の状況では、約１０^{- 3} 乃至１０^-2ｍ／ｓ程度）よりも遥かに速い生産速度Ｖ₁を求め、表面応力の寄与
程度は、Ｐ₀Ｌ^-1〜μＶ₁Ｌ^-2程度である通常の圧力応力の軸方向成分と比べて無
視し得る程度である。このように、（１）のモーメント等式は∂ｘρ＝∂_x（ζ
ｆ²∂_xＶ）／ｆ²に変形する。

【０１０７】 気体の温度の変化は等式（２）により近似値を求めることができるため、細線
の一部分を考えたとき、気体の熱境界層を通る熱伝導（気体のプラントル数が１
程度であるため、δ程度である）に起因するその温度変化は次式程度になる。

【０１０８】

【数５】

【０１０９】 ここで、κ₀は温度Ｔ₀における気体の熱伝導率である。実際の状況において、
Ｌ（ρＣραＶ¹）^-1κ₀δ^-1＜＜１となるであろう。しかし、粘度は温度により
顕著に依存するため、これらの制限された液体の温度変化（実際に、Ｔ₀の約５
乃至２０％）は、数桁程度だけ液体の粘度を増大させるのに十分であり、このこ
とはそれ自体殆どの不安定さを抑圧するメカニズムである。

【０１１０】 ここで、ファイバを駆動するのに必要とされる大きいＰ₀の値のため、気体が
その最大の膨張を生じ、その結果、ノズルの出口の直後でその最大の冷却効果と
なることについて説明する必要がある。ＧＬの場合、ファイバはこの膨張により
影響を受けないままであるように十分に硬化されている。ＩＴ限界の場合、ノズ
ル出口の幾何学的形態及び出口後のファイバの巻きシステムは、ファイバの形状
の不均一さを回避し得るよう、入念に設計しなければならない。

【０１１１】 ノズルの幾何学的形態−我々の目的とする作業の普遍性を失うことなく、ノズ
ルの幾何学的形態の問題点を単一のパラメータにまで軽減するため、次の型式の
温度分布状態を選んだ。

【０１１２】

【数６】

【０１１３】 ここで、λは、自由パラメータであり、最小のエネルギ消費量（最小ρ_o）に
て制限されないファイバの引抜き（すなわちファイバの製作）を行う条件に対し
一組みのパラメータ｛ρ₀、λ｝が最適化されよう。このように、滞留圧力ρ₀を
与えれば、任意の（限定されない）与えられた「生産性」Ｅ値に対し引抜きが完
全に安定的となるためのλ値を求める。

【０１１４】 ファイバの安定性。非システム的不安定さ（ファイバの撥ね出し）の抑制−順
序単位に対するρ₀値を考えれば、λ＜０．６３５の値の場合、ノズル出口を除
いてノズルに沿った超音波気体の流れが得られる。ファイバが軸対称形態から僅
かだけはずれるとき（気体及び気体流は時間と結合されず、また、気体流れを安
定的な範囲で計算することができる状態にあると称する）、ファイバにおける圧
力分布状態を計算すれば、強力な不安定化効果が求められる。これに反して、λ
値が０．６３５よりも十分に大きい場合、ノズルの流れに形成される超音速部分
は逆の効果を生じさせる。基本的な軸対称の形態から少しでもはずれるならば、
強力に再整合する方位角圧力分布状態となり、このことは起こり得る全ての初期
のファイバの撥ね出しを抑制する。

【０１１５】 このように、我々は我々の分析においてのみλ＞１の値であると考える。 「引抜き共振」軸対称の不安定さの抑制。ＩＴの場合−次式で与えられる僅か
な摂動の問題点について検討する。

【０１１６】

【数７】

【０１１７】 これは等式（１）により支配され、ここで、ｆ_e（ｘ）及びｖ_e（ｘ）は所定の
境界条件に対する問題点の安定値であり、α（ｘ）、β（ｘ）は１と比べて小さ
い独立変数を有する複素関数であり、Λは複雑な摂動成長速度である。このよう
に、α、βは、等式（１）から容易に得られる均質な境界条件にて一組みの複雑
なＯＤＥｓによって支配される（簡略化のため、本明細書に記載しない問題点で
ある。［１］を参照）。この等式は、固有値Λを決定し、その実数部分Λ_rは時
間にて成長ファクタを与える。λ＝６及びＥ＝１２０の場合、ρ₀の関数として
値Λ_rを与える。

【０１１８】 与えられたＥ、λ値の各々の場合、それ以上では軸対称の全ての不安定さが抑
制される値である、相応するρ₀値がある。図３Ａには、実際に関心のある幾つ
かのλ値に対し、｛Ｅ、ρ₀｝スペースを安定的（曲線の上方）及び不安定的（
曲線の下方）パラメトリックなサブスペースに分割する曲線が描いてある。この
プロット図から、与えられたλ値の各々について、Ｅ＞１の任意の値に対し、フ
ァイバがそれ以上では安定的となる、安定化のための特定の制限値ρ₀が存在す
る。図４には、これら制限ρ₀値がλの関数としてプロットされ、ファイバの生
産率Ｅに関係なく、ファイバがそれ以上では絶対的に安定的となる普遍的な圧力
最小値を得る。

【０１１９】 単一のパラメータの幾何学的形態（ｘ＝０．１１２乃至ｘ＝１）に対し、顕著
な超音速領域を有する好ましいノズルの形状に相応する値として、点λ〜５．６
５付近にて約０．３３の最小制限ρ₀値が見つかった。この場合、所望のファイ
バの直径ａ及びファイバの製作速度Ｖ₁を与えれば、絶対的安定性を有するのに
必要な最小気体圧力Ｐ₀は簡単な式で与えられる。

【０１２０】

【数８】

【０１２１】 ノズルの形状は図２に図示する通りである。 実際的な場合−直径２００μｍアルミノケイ酸塩ガラス（Ｔ₀＝１５００Ｋに
てμ₀＝１０³Ｐａ・ｓ）ファイバを１７３ｋｍ／日、製作する場合について検討
する。この場合、ノズルの出口圧力Ｐ_s＝Ｐ₀×ｅ^-5.65＝７０．３Ｋｐａのとき
、必要な最小圧力はＰ₀＝２×１０ＭＰａである。温度Ｔ_s＝３００Ｋにてノズル
は適応させた圧力チャンバ内に出ると仮定して、出口チャンバからの気体の等エ
ントロピーの圧縮（再循環）は、その温度を必要な温度Ｔ₀〜１５００Ｋに上昇
させる。液体は、ρ＝３０００Ｋｇ・ｍ^-3の密度、Ｋ＝１Ｊ（ｍ・ｓ・Ｋ）−１
の熱伝導率、及びＣρ＝１０００ｍ²（ｓ²・Ｋ）の熱容量をそれぞれ有する。ノ
ズルの設計は、安定性を損なうことなくネック−ファイバ空隙を最小にするもの
でなければならない。可能な解決策は、長さ１０ｍｍ、入口から１．１２ｍｍに
おけるネックの直径１．３ｍｍ、出口径１．２８ｍｍのノズルである。ファイバ
が存在することを考えれば、このノズルは、０．３２ｍｍ²の最小（音速）断面
積を有する。Ｖ₁＝２ｍ・ｓ^-1＞＞ＫＬ／（ρＣρα²）＝０．３ｍ・ｓ^-1である
から、ファイバは、擬等温（ＩＴ限界）と見なすことができる。この場合、工場
の最小理論電力消費量はＷ＝９．５４ＫＷであり、気体の流量は、Ｐ_s＝７０．
０ｋＰａ（０．７バール）のとき、約１ｌ／ｓである。規模の拡大は簡単である
。

【０１２２】 新たな幾何学的パラメータを導入するため（最小ρ₀値を更に最適化すること
ができる）、ノズルの幾何学的形態の更なる改良が可能である。この改良は上記
の分析の普遍性を制限するものではない。

【０１２３】 ［１］Ａ．Ｌ．ヤーリン、Ｐ．ゴスポディノフ、Ｏ．ゴットリブ、Ｍ．Ｄ．グ
ラハムのフィジックス・フルイド １１、３２０１（１９９９） その特定の実施の形態に関して本発明を説明したが、本発明の真の精神及び範
囲から逸脱せずに、色々な変更を為し且つ等価物を代用することが可能であるこ
とが当該技術分野の当業者に理解されよう。更に、本発明の目的、精神及び範囲
に適応するように、特定の状況、材料、物質の組成、過程、工程又は複数の工程
を変更し得るように多数の改変を為すことができる。かかる改変の全ては特許請
求の範囲に包含することを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 供給源材料が加熱炉内で加熱され且つノズルを通じて押出し成形されるガラス
プレフォーム体である、本発明の実施の形態の概略断面図である。

【図２】 本発明に従って、高粘性流体から流れ及びファイバを製作するときに使用され
るノズル構成要素の特定の形態の断面図である。

【図３】 ３Ａは、所定のλの場合、高粘性流体を押出し成形する時、安定的な流れ及び
ファイバを提供し得る異なるノズルの形態の構造とされた状態を示す図である。 ３Ｂは、λ＝２の場合のノズルの形態を示す図である。 ３Ｃは、λ＝６の場合のノズルの形態を示す図である。

【図４】 異なるλの値に基づいて、異なるノズルの形態にて安定的ジェットを得るのに
必要な圧力を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／２４９，６６５ (32)優先日 平成12年11月17日(2000．11．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／２４９，８４８ (32)優先日 平成12年11月17日(2000．11．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4G021 BA00 HA05

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状プレフォーム体からファイバを製作する方法において、 圧力チャンバ内で筒状プレフォーム体の第一の端部を提供し、該プレフォーム
   体が長手方向軸に沿った第一の横方向寸法を有するようにする工程と、 プレフォーム体がその第一の端部にて展性であることを許容する処理をプレフ
   ォーム体の第一の端部に対して行う工程と、 プレフォーム体の一部分に沿って収束流体を流動させることにより物理的圧力
   を加え、収束流体がプレフォーム体に沿った一方向に且つプレフォーム体の第一
   の端部に向けて流れるようにされ、これにより、展性のプレフォーム体の第一の
   端部を収束した流体の流れの下流に配置された圧力チャンバの出口開口部を通じ
   て強制的に供給し、その結果、圧力チャンバの出口開口部からファイバを押出し
   、ファイバがプレフォーム体の第一の横方向寸法に比して縮小した横方向寸法を
   有するようにする工程とを備える、方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、展性を許容する処理がプレフォー
   ム体を加熱することを備える方法。
3. 【請求項３】 請求項２の方法において、プレフォーム体が加熱する前に固
   体であり且つ物理的圧力を加える前に、展性となるように加熱される方法。
4. 【請求項４】 請求項２の方法において、プレフォーム体が収束流体を加熱
   することにより加熱される方法。
5. 【請求項５】 請求項１の方法において、プレフォーム体がシリカガラスか
   ら成る方法。
6. 【請求項６】 請求項１の方法において、プレフォーム体がシリカから成る
   光ファイバプレフォーム体である方法。
7. 【請求項７】 請求項１の方法において、筒状プレフォーム体が、シリカガ
   ラスから成る固体の筒体であり且つ固体の筒状ファイバとして出口開口部から押
   出される方法。
8. 【請求項８】 請求項１の方法において、筒状プレフォーム体がシリカガラ
   スから成る中空の筒体であり且つ中空の筒状ファイバとして出口開口部から押出
   される方法。
9. 【請求項９】 請求項６の方法において、収束流体が気体である方法。
10. 【請求項１０】 請求項９の方法において、気体が加熱された不活性気体で
    ある方法。
11. 【請求項１１】 請求項９の方法において、気体が超音速にて圧力チャンバ
    の出口開口部から出る方法。
12. 【請求項１２】 請求項１の方法において、展性のプレフォーム体がノズル
    を通じて引抜かれ、該ノズルが圧力チャンバ内で開口部として開始し且つ湾曲面
    に沿って伸びて圧力チャンバの出口開口部にて終わる方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２の方法において、ノズルの湾曲面が次式により
    画成されるノズルのパラメータの幾何学的形態を有する表面形態を備え、 ｐ（ｘ）＝ｐ₀ｅ^-λ^x ここで、ｐ（ｘ）はノズルの幾何学的形態を描く曲線を画成する関数、ｐ₀は収
    束流体がノズルに入るときの内部圧力、λは収束流体に対する超音速を得るため
    ０．６３５以上であり、ｘは関数である方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３の方法において、λが２．０以上である方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３の方法において、λが約５．６５である方法。
16. 【請求項１６】 請求項１２の方法において、等式 Ｐ₀≧μ_lＶ₁／Ｌ が適用され、Ｐ₀は圧力チャンバへの入口ポートにおける圧力、μ_lは展性なプレ
    フォーム体端部の粘度、Ｖ₁はノズル内のファイバの粘度、Ｌはノズルの長さで
    ある方法。
17. 【請求項１７】 溶融した粘性液体からファイバを製作する方法において、 供給源から圧力チャンバまで流動させるような仕方にて溶融した粘性液体の流
    れを押出し成形し、該流れは第一の外周を有するようにする工程と、 収束流体を圧力チャンバに供給し、これにより流体が圧力チャンバの入口ポー
    トを通って入り且つ溶融した粘性液体の流れの下流に配置された圧力チャンバの
    出口ポートから出るようにする工程とを備え、 収束流体が溶融した粘性流体の流れを取り巻き且つ第一の周縁を圧縮して第一
    の周縁よりも狭小な第二の外周の狭小な流れを形成し、該狭小な流れが圧力チャ
    ンバの出口ポートからファイバとして押出される方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７の方法において、溶融した粘性液体が溶融した
    シリカガラスである方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８の方法において、収束流体が気体である方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９の方法において、気体が加熱された不活性気体
    である方法。
21. 【請求項２１】 請求項１８の方法において、気体が圧力チャンバの出口開
    口部から超音速にて出る方法。
22. 【請求項２２】 請求項２１の方法において、溶融したシリカガラスの流れ
    がノズルを通って流れ、該ノズルが圧力チャンバ内で開口部として開始し且つ湾
    曲面に沿って伸びて圧力チャンバの出口ポートにて終わる方法。
23. 【請求項２３】 請求項２２の方法において、ノズルの湾曲面が次式により
    画成されるノズルのパラメータの幾何学的形態を有する表面形態を備え、 ｐ（ｘ）＝ｐ₀ｅ^-λ^x ここで。ｐ（ｘ）はノズルの幾何学的形態を描く曲線を画成する関数、ｐ₀は収
    束流体がノズルに入るときの内部圧力、λは収束流体に対する超音速を得るため
    ０．６３５以上であり、ｘは関数である方法。
24. 【請求項２４】 請求項２３の方法において、λが２．０以上である方法。
25. 【請求項２５】 請求項２３の方法において、λが約５．６５である方法。
26. 【請求項２６】 請求項２３の方法において、等式 Ｐ₀≧μ_lＶ₁／Ｌ が適用され、Ｐ₀は圧力チャンバへの入口ポートにおける圧力、μ_lは展性なプレ
    フォーム体端部の粘度、Ｖ₁はノズル内のファイバの粘度、Ｌはノズルの長さで
    ある、方法。
27. 【請求項２７】 光ファイバのプレフォーム体の要素を製作する方法におい
    て、 長手方向軸を有する中空の管を提供する工程と、 プレフォーム体が長手方向に向けて通路の出口開口部から押出されるような仕
    方にて管を供給源を通じて付勢すべく物理的圧力を加える工程と、 通路の出口開口部から押出されたプレフォーム体の流路の前方にて流体が出口
    オリフィスを通って圧力チャンバから出るような仕方にて流体を圧力チャンバを
    通じて強制的に供給する工程とを備え、 流体が前記プレフォーム体を取り巻き且つ前記プレフォーム体を長手方向に収
    束させ光ファイバを前記圧力チャンバから押出す方法。
28. 【請求項２８】 ファイバを製作する装置において、 収束流体を追加する入口ポートと、粘性液体を押出す出口ポートとを有する圧
    力チャンバと、 出口ポート内に配置されて、次式により画成される幾何学的形態を有する湾曲
    面を備えるノズルとを備え。 ｐ（ｘ）＝ｐ₀ｅ^-λ^x ここで、ｐ（ｘ）はノズルの幾何学的形態を描く曲線を画成する関数、ｐ₀は収
    束流体がノズルに入るときの内部圧力、λは収束流体に対する超音速を得るため
    ０．６３５以上であり、ｘは関数である装置。