JP2005510434A - シリカガラスの光学部品及びその製法 - Google Patents

Abstract

光学部品と、該光学部品の製法とを提供する。１つの具体例において、光学部品は、コア及びクラッドを有する低ＯＨ光ファイバーである。該光学部品は、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、該光学部品の固有欠陥及び不純物欠陥が破壊されるような所定の時間の間、置かれることによって処理されている。該光学部品の製法には、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基含有量と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素含有量とを有する予備形成物を与える工程と、前記予備形成物を延伸して該予備形成物を引き伸ばし、該予備形成物から光学部品を形成する工程とが包含される。該光学部品は、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、該光学部品の固有欠陥及び不純物欠陥を破壊するのに十分な所定の時間の間、置かれる。

Description

（１．発明の分野）
本発明は概して、高純度シリカのコア及びフッ素ドープト(doped)シリカのクラッドを有する光ファイバーと、そのようなファイバーに基づく光学部品に関する。一層詳しく言えば、本発明は、そのような光ファイバー及び光学部品を製造する方法に関する。

（２．関連技術の記述）
光ファイバーの１つの種類は、ステップ形(step-index)光ファイバーである。そのようなファイバーのコア材料は通常、低ＯＨシリカ又は高ＯＨシリカとして分類されている。高ＯＨファイバーの光損失は主として、紫外領域における光散乱［レイリ散乱(Rayleigh scattering)］による損失に限定されるのに対して、低ＯＨファイバーの光損失は主として、紫外領域における吸収損に限定される。紫外領域における吸収損は、固有欠陥及び不純物欠陥(intrinsic and impurity defects)の強い吸収バンドによって決定される。ガラス中のそのような欠陥は通常、１６３ｎｍ、２１０ｎｍ、２４８ｎｍ、２６０ｎｍ及び３４０ｎｍの吸収バンドにおいて紫外線を吸収する。近赤外（ＮＩＲ）領域における低ＯＨファイバーの高い光透過率は、痕跡量のＯＨ吸収バンドによって決定される。ＯＨ含有量は、高ＯＨファイバー（例えば、ＯＨ含有量が４００〜１２００ｐｐｍの範囲であるファイバー）の低い近赤外透過率を引き起こす。従って、高ＯＨを有するファイバーは主として、紫外領域及び可視スペクトル領域における用途のために使用され、また、低ＯＨを有するファイバーは主として、可視スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域における用途のために使用される。

標準的低ＯＨの予備形成物及びファイバーのコアガラスは典型的には、種々の形態の塩素を１０００ｐｐｍ以下で含有する。低ＯＨファイバーは、紫外スペクトル領域ではほとんど又は全く役に立たないと考えられる。なぜなら、多数の固有欠陥及び放射中心(radiation centers)が存在するからである。
一般的に、光ファイバーの放射抵抗及び紫外線透過率を改善する方法は、知られている。そのような方法では、（ａ）紫外線若しくはγ線による予備照射を行うか又は予備照射を行わないで、固溶水素濃度を増大させること；及び（ｂ）特殊ガラス組成物でガラスコアを製造すること；によって改善が達成される。そのような方法は通常、基礎材料として高ＯＨファイバーを用いて実現される。

（発明の概要）
本発明の１つの面は、コア及びクラッドを有する光学部品であって、該クラッドが該コアを取り囲んでおり、該コアの屈折率よりも低い屈折率を有している該光学部品を提供することである。該コアは、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有している。該クラッドは、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有している。該光学部品は、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、固有欠陥及び不純物欠陥が破壊されるような所定の時間の間、置かれること(immersion)によって処理されている。

本発明のもう１つの面は、紫外スペクトル領域において、実質的に理論的損失を有する光ファイバーを提供することである。
本発明のもう１つの面は、紫外スペクトル領域から近赤外スペクトル領域までの広いスペクトル領域（１８０ｎｍ〜２２００ｎｍ）に渡って小さい光損失を有する光ファイバーを提供することである。

本発明のもう１つの面は、紫外スペクトル領域、可視光スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において、高い放射抵抗を有する光ファイバーを提供することである。
本発明のもう１つの面は、１０ｐｐｍ未満のＯＨ含有量と約１０００ｐｐｍ以下の塩素含有量とを有する市販の低ＯＨ光学的予備形成物から、それら光ファイバーのための実用的且つ経済的な製法を提供することである。

本発明のもう１つの面は、光学部品の製法を提供することである。この方法は、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基含有量と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素含有量とを有する予備形成物を与える工程；及び、前記予備形成物を延伸して該予備形成物を引き伸ばし、該予備形成物から光学部品を形成する工程；を包含する。該光学部品は、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、該光学部品の固有欠陥及び不純物欠陥を破壊するのに十分な所定の時間の間、置かれる。

１つの具体例において、本方法は、高強度光ファイバーを延伸する工程と、該ファイバーを、ポリイミド等の耐熱性ポリマーで被覆する工程とを包含する。該光ファイバーのコアは、０．１〜１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、１０００ｐｐｍ未満の量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有している。該光ファイバーのクラッドは、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有している。該ファイバーは、例えば、１０気圧〜２００気圧の水素ガス圧力、及び２００℃〜４５０℃の温度の水素ガス雰囲気の中に置かれる。その温度の水素ガス雰囲気に置くプロセスは、固有欠陥及び不純物欠陥の全て又はほとんどを破壊するのに十分な時間に渡って行う。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、次の詳細な記述、添付図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

非制限的な典型的具体例として描かれた諸図面を参照しながら、本発明を次の詳細な記述の中で更に説明する。諸図面において、幾つかの図面全体を通して、同様の参照番号は、同様の部品を表わしている。

（発明の諸具体例の詳細な記述）
図１は、本発明の原理に従って製造された光学部品の斜視図である。本明細書において意図されている光学部品は、図１に示すような、概して「１０」で示される単一の光ファイバーである場合がある。代替的に、光学部品１０は、概略的に（図２の）「１００」で示されるような、個々のファイバー１０の複数のものが、一緒に束ねられてファイバー束になっているものである場合がある。
図１は、コア１２、クラッド層１４、及び任意的保護層１６を有する単一の光ファイバー１０を示す。光ファイバー１０は、全内反射を用いて光を導く、透明の誘電材料で造られたフィラメントである。円筒状のコア１２は、類似構造のクラッド１４によって取り囲まれており、且つクラッド１４と密接に接触している。光ファイバー１０は、如何なる横断面形状（例えば、円形）であってもよい。

そのような構造のために、コア１２は光学的情報を伝送することが可能となり、また、クラッド１４は、全ての信号を反射してコア１２へ戻す光学的境界を提供することが可能となる。この反射は、コア１２の屈折率よりも僅かに小さい屈折率を有するクラッド１４によって成し遂げられ、それによって、スネルの法則(Snell's law)に従って、光を光ファイバー１０により誘導することができる。
光ファイバー１０のコア１２は、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有する。その光学部品１０は、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、固有欠陥及び不純物欠陥が破壊されるような所定の時間の間、置かれることによって処理されている。上述の割合のＯＨ基と塩素とを含有するコア１２を与え、該コア１２を処理することによって、コア１２は、紫外スペクトル領域、可視光スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において、光ファイバー１０が最小の光損失を示すようにすることができる。以下に更に詳細に記述されているように、該コア１２は更に、ファイバー１０が紫外線及びγ線による光学的損傷に対して高抵抗性であるようにすることができる。

ファイバー１０は、如何なる長さにも造ることができる。例えば、ファイバー１０は、長さが数キロメータ（ｋｍ）程度（例えば、１〜１０ｋｍ）になるように製造することができる。紫外線用途において、例えば、ファイバー１０は、１〜３ｍの長さを有することがある。また、ファイバー１０は、如何なる直径（例えば、約１００〜約１０００μｍの範囲の直径）にも造ることができる。
クラッド１４は、コア１２を取り囲むように構成され、また、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有している。シリカガラスにフッ素を添加することによって、シリカガラス中の放射中心［例えば、Ｅ′中心、及び非架橋性酸素ホール中心(non-bridging oxygen hole center)（ＮＢＯＨＣ）］の形成を減少させることができる。このように、クラッド１４によって、光ファイバー１０の放射抵抗は改善される。

任意的な保護層１６は、クラッド１４の周りに与えられてファイバー１０を保護し且つファイバー１０の機械強度を改善する、例えば、ポリマーコーティング層、編組み繊維層、又はケーブル外被層である場合がある。任意的保護層１６は、ファイバー１０を熱から保護するために；又は、ファイバー１０が使用されるかも知れないある種の環境中に見出だされるある種の化学物質若しくは化合物に対するファイバー１０の許容範囲を増大させるために；与えることができる。任意的保護層１６は、「緩衝材(buffer)」と呼ぶことができ、ポリイミド、アクリレート、シリコーン、フッ素重合体、及びアルミニウム、並びに他の保護材料又は補強材料を含有することができる。

図２は、光ファイバー１０の代替的具体例であり、単一の光ファイバー１０の複数のものであって一緒に束ねられているものを有するファイバー束１００を示す。換言すれば、複数のコア１２と、各々のコア１２を取り囲んでいる各々のクラッド１４とは、協同してファイバー束１００を形成している。ファイバー束１００は通常、多数の単一ファイバー１０を有している。それら単一ファイバー１０は、適切な手段（例えば、接着剤又は結合剤）によって互いに接着させるか又は結合させることができる。それらファイバー１０は、ファイバー束１００の光出力端部１０２、光入力端部１０４、又は両方の端部（１０２、１０４）で互いに接着させることができる。この構造によって、それらファイバー１０は、ファイバー束１００の中間部分１０６の全体に渡って分離され、そうされることによって、ファイバー束１００は全体として十分に可とう性になり得る。

ファイバー束１００中の、それらファイバー１０の特定の数と配列とは、ファイバー束１００の意図されている目的又は所望の用途によって大体決定されるが、代表的なファイバー束１００なら、例えば、長さ１〜３ｍの約２〜約１００本のファイバーを有するであろう。
ファイバー１０及びファイバー束１００は、紫外領域における理論的損失に近い光損失と、近赤外領域における低い光損失と、紫外線及びγ線に対する高い放射抵抗とを示す。

従って、光学部品（例えば、単一の光ファイバー１０、及びファイバー束１００）は通常、通信、画像伝送、及びエネルギー伝送を包含する種々の分野において諸用途を有している。そのような諸光学部品は、紫外線又は広帯域エネルギー（例えば、紫外線、可視光線若しくは赤外線）が必要とされる市場（例えば、医療、天文学、プロセス制御、分光学、等）で使用することができる。光ファイバー１０及びファイバー束１００は、広いスペクトル域（例えば、１８０ｎｍ〜２２００ｎｍ）に渡って使用することができる。
図３は、本発明の方法に従って光学部品を製造する方法を示す。その方法は、「２０」で出発する。「２１」において、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基含有量と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素含有量とを有する予備形成物を与える。「２２」において、前記予備形成物を延伸して該予備形成物を引き伸ばし、該予備形成物から光学部品（例えば、光ファイバー）を形成する。

「２４」において、光学部品は任意的に、耐熱性ポリマー（例えば、ポリイミド）で被覆して、該光学部品に強度及び可とう性を与えることができる。このコーティングは、この方法を行なう間であればいつでも（例えば、加熱処理の前、加熱処理の間、又は加熱処理の後）塗布することができる。「２６」において、光学部品は、所定の圧力及び所定の温度を有する水素ガス雰囲気の中に、該光学部品の固有欠陥及び不純物欠陥を破壊するのに十分な所定の時間の間、置く。
耐熱性ポリマー又は他の耐熱性水素透過性コーティングが存在するために、水素ガス雰囲気内で可変温度及び可変圧力（例えば、約２００〜約４５０℃の範囲の温度、及び約１０〜約２００気圧の範囲の圧力）を生じさせることが可能となる。そのような可変温度及び可変圧力によって、水素ガス雰囲気中の水素は、任意の光学部品の直径（例えば、光ファイバーの直径）に対する所定の時間に渡って、光学部品の固有欠陥と完全に相互作用することができる。その方法は、「２８」で終結する。

ポリマー緩衝コーティングで被覆されている、低ＯＨファイバー及び高ＯＨファイバーにおいて、水素処理温度は通常、ファイバー強度を損なうことなく、該ポリマー緩衝コーティングの劣化温度より高くは上昇させない。従って、耐熱性ポリイミド緩衝材又は他の耐熱性水素透過性コーティングを使用することにより、水素が任意のファイバーの直径に対して規定される時間に渡って固有欠陥と完全に相互作用することができる圧力と水素処理の温度とを、上述の方法に従って得ることができる。

例えば、固有欠陥と水素との相互作用は効果的であり且つポリイミド緩衝材の劣化は有意でない、光ファイバーに対する水素処理領域は通常、２００〜４５０℃の範囲であり、１０気圧〜２００気圧の水素圧である。このプロセスにおいて、水素の幾らかは、該ファイバーの固有欠陥と相互に作用せず、むしろ、溶存した形態でファイバー内に留まる。水素分子の溶存した部分の濃度は、約１０^１８〜１０^１９モル／ｃｍ^３である。固溶水素は、放射中心が更に形成されるのを防ぐ；この放射中心は、高ＯＨファイバー内に見られる放射中心と同一である。放射中心の全て又は大部分は、本発明の水素処理方法によって保護膜でかぶせられる(passivated)。

この方法によって、紫外領域における、理論的光損失に近い光損失と、近赤外領域における低い光損失と、紫外線及びγ線に対する高い放射抵抗とを示す光学部品が得られる。また、この方法によって、１８０ｎｍ〜２２００ｎｍの広いスペクトル域に渡って使用することができる光学部品（例えば、光ファイバー）も得られる。
１つの具体例において、光学部品は光ファイバーである。水素ガス雰囲気の所定の圧力は約１０〜約２００気圧であり、水素ガス雰囲気の所定の温度は約２００〜約４５０℃である。光ファイバーが水素ガス雰囲気中に置かれる所定の時間は、該ファイバーの直径の関数である。この関数は、２００＊（Ｘ）μｍであるコアの直径と、５＊（Ｘ）時間である所定の時間とによって表わすことができる（式中、Ｘは１より大きい数値を表わす）。

この関数を具体化する１つの特定の例は、水素ガス雰囲気の所定の圧力が４０気圧であり、水素ガス雰囲気の所定の温度が３５０℃である場合に示すことができる。この例において、２００μｍの直径を有するコアは、５時間の処理の間、水素ガス雰囲気中に置く。同様に、他の諸例において、４００μｍの直径を有するコアは、１０時間の処理の間、水素ガス雰囲気中に置き、また、６００μｍの直径を有するコアは、１５時間の処理の間、水素ガス雰囲気中に置く。

水素ガス雰囲気中に置かれた後の光学部品は、紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において、紫外線及びγ線に対する安定した高放射抵抗を示す。光学部品はまた、紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において、最小の光損失で使用することができる。
多くの光学部品は、上述の方法であって図３に例示する該方法を用いて製造することができる。そのような光学部品は、紫外線伝送及び近赤外線伝送に使用することができ、損失は紫外スペクトル領域において最小となる。そのような光学部品には、例えば、光ファイバー；光ファイバープローブ；又は、例えば、単一の光ファイバーの複数のものを有する光ファイバー束；が包含されることがある。上述の方法は、他の光学部品（例えば、非被覆光学部品）を製造するのにも用いることができる。それら非被覆光学部品はポリマー緩衝層を有していないため、それら部品は、例えば、一層高い温度にさらすことができるかも知れない。

上述の方法の原理に従って製造された光ファイバーは、約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有するコア；及び、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有するクラッド；を有している。このように、図３に例示する方法は、本発明の原理に従って、単一ファイバー１０、又はファイバー束１００を造るのに使用することができる。
次に、上述の方法であって図３に示される該方法を一層良く理解するのに役立つと思われる、技術背景及び技術的実例を記述する。

紫外線及びγ線は、光ファイバーの減衰に悪影響を及ぼしうる。高ＯＨ光ファイバーの放射抵抗（太陽放射抵抗、及びγ線放射抵抗）は、歪み結合(strained-bonds) ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡の存在によって決定される。これら歪み結合の濃度は、ファイバーのガラス構造のフィクティブ(Fictive)温度Ｔ_ｆに依存する。紫外線又はγ線下でケイ素−酸素結合 ≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡が破壊されると、形態 ≡Ｓｉ′のＥ′_１中心と非架橋性酸素ホール中心 ≡Ｓｉ−Ｏ^０（ＮＢＯＨ中心）とが、それぞれ２６０ｎｍ、２１０ｎｍの吸収バンドに対応して出現することになる。

ガラスマトリックス中に固溶水素が存在することは、高ＯＨガラスを製造する方法の顕著な特徴である。固溶水素の濃度は、下記反応（１）によって示される高ＯＨシリカガラスの高放射抵抗を決定する上での１つの主要因子である：
≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡ ＋ Ｈ_２ ＋ 照射（紫外線，γ） →
≡Ｓｉ−ＯＨ ＋ Ｈ−Ｓｉ≡ …… （１）
光ファイバーから固溶水素が損失することによって、塊状予備形成物材料の放射抵抗に対する、高ＯＨ光ファイバーの延伸後の放射抵抗が減少する。化学反応式（１）から明らかなように、高ＯＨ光ファイバーの放射抵抗の増大は、そのようなファイバー中の固溶水素濃度の増大によって達成することができる。

しかし、低ＯＨファイバー（ＯＨ基濃度は１０ｐｐｍ未満）の分子構造は大変異なっている。低ＯＨガラス中の特定の固有欠陥は次の通りである：≡Ｓｉ−Ｓｉ≡、これは酸素欠如(oxygen vacancy)を示す；≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡、これはペルオキソ基結合を示す；≡Ｓｉ−Ｃｌ、≡Ｓｉ−Ｃｌ−Ｃｌ−Ｓｉ≡、及び≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻、これらはそれぞれ塩素の不純物欠陥を示す。
固溶Ｃｌ_２；Ｃｌ_０が存在することは、「低ＯＨ」ガラスの特定の特徴である。次の吸収バンドは、低ＯＨ光ファイバーを延伸する間に現われる放射中心に類似している：≡Ｓｉ′（Ｅ′_１中心）、≡Ｓｉ−Ｏ^０（ＮＢＯＨ−中心）、及び≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻（Ｔ_３ ^＋中心）。これらの固有欠陥及び放射中心のために、低ＯＨ光ファイバーに対して形成されている次の吸収バンドが生じる結果となる：１６３ｎｍ（Ｔ_３ ^＋中心）；２１０ｎｍ（Ｅ′_１中心）；２４８ｎｍ（酸素欠如）；３４０ｎｍ（Ｃｌ_２−分子）；２６０ｎｍ（ＮＢＯＨ−中心）；及び６４０ｎｍ（ＮＢＯＨ−中心）。

低ＯＨファイバーは、紫外領域に多くの固有吸収バンドが存在するために、通常、２２００ｎｍ以下の可視領域及び近赤外領域で使用される。近赤外領域における低ＯＨファイバーの性能は主として、特定の低ＯＨファイバーの中の微量のＯＨ基によって決定される。固溶形態の水素が存在することは、高ＯＨファイバーの場合のように、低ＯＨファイバー中に優れた放射抵抗を与えるためには十分でないのに対して、高ＯＨファイバー中に固溶形態の水素が存在することは、放射抵抗を増大させるのに十分である。低ＯＨファイバーの放射中心の主要源は、固有欠陥［この水素は、低温で中和する(neutralize; 無効にする)ことはできない］であり、これら固有欠陥は、該ファイバーに十分な放射抵抗を与えるためには中和する必要がある。そのような固有欠陥は、高ＯＨファイバーには存在せず、これ故に、高ＯＨファイバーは紫外領域で使用されてきたのである。

水素は、種々の塩素濃度を有する低ＯＨガラスの中の固有欠陥及び不純物欠陥と反応する。そのようなファイバーにおいて、≡Ｓｉ−Ｃｌ及び ≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻のタイプの中心は、低ＯＨ高純度シリカガラスのＥ′_１中心を形成する主要源の１つである。低ＯＨ光ファイバーを延伸するための予備形成物は通常、コア中の塩素含有量が１０００ｐｐｍ以下である。そのような予備形成物の１つの例は、「フルオシル(Fluosil)（登録商標）光ファイバー予備形成物、ＳＷＵタイプ」としてヘラユーズ(Heraeus)によって製造されている。
低塩素含有量の高純度低ＯＨシリカガラスの固有欠陥は大抵、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡及び≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡の形態で現われる。２００℃以下で水素処理すれば、低ＯＨガラス中の水素は、それら固有欠陥と弱く相互に作用し、主として固溶形態で存在する。以前の方法において、固有欠陥が低温で水素と容易に相互作用をする形態になるように固有欠陥を誘導するために、シリカガラスコアを有するファイバーは、水素処理と同時に照射された。しかし、水素処理の温度が２００℃より高くまで上昇すると、水素と、酸素欠如部分と、ペルオキソ基結合との相互作用は顕著となる。

シリカガラス又は光ファイバー予備形成物では、シリカの軟化点（１２５０℃）より低い温度と、固有欠陥と水素の間の反応がほとんど完全に進行する圧力とを得ることができる。

低ＯＨファイバー中の固溶塩素は、３４０ｎｍの吸収バンドを有するＣｌ_２分子の形態で存在する；このことは、そのようなファイバー中にＣｌ_２分子が存在している際立った特徴である。本発明による水素処理は、反応（２ａ）：
Ｃｌ_２ ＋ Ｈ_２ → ２ＨＣｌ …… （２ａ）
の形をとる。このとき、３４０ｎｍの吸収バンドは完全に消失する。
上記で解説したように、光ファイバーのための低ＯＨ予備形成物（例えば、ヘラユーズのＳＷＵタイプ）のコアの塩素含有量は、１０００ｐｐｍに到達することがある。大抵の塩素は、≡Ｓｉ−Ｃｌ；≡Ｓｉ−Ｃｌ Ｃｌ−Ｓｉ≡；≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻；のタイプの欠陥中心の形態で存在する。放射中心の特徴と強度とは、これら欠陥中心のタイプによって、ほとんど決定される。発生する１つの問題は、もし水素処理によって、一層低い塩素含有量（１００ｐｐｍ未満）を有する低ＯＨ予備形成物の放射抵抗が増大するならば、照射の間、ＳＷＵ−タイプ予備形成物中に水素が存在することによって、次の反応（２）：
２ ≡Ｓｉ−Ｃｌ ＋ Ｈ_２ → ２ ≡Ｓｉ・ ＋ ２ＨＣｌ …… （２）
が開始するために、ＳＷＵ−タイプ予備形成物の水素処理によって、Ｅ_１′中心の形成が急激に増大し、該ファイバーの放射抵抗が著しく減少することである。

この化学プロセスは、２８００ｃｍ^−１におけるＨＣｌ分子の振動吸収バンドが増大することによって確認される。２８００ｃｍ^−１における該バンドは、ＳＷＵ−タイプ予備形成物が、水素処理後に照射されるときのみ、急激に増大する。
しかし、ＳＷＵ−タイプの低ＯＨ予備形成物から延伸された、高塩素含有量を有する光ファイバーでは、例えば、≡Ｓｉ−Ｃｌ中心はほとんど、≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻タイプ中心に転化する。対照的に、そのようなファイバーに、上述の方法であって図３に示す該方法の水素処理を行なうとき、上述の所定の圧力と温度と時間とで、次の反応（３）：
２ ≡Ｓｉ^＋Ｃｌ⁻ ＋ Ｈ_２ → ２ ≡Ｓｉ−Ｈ ＋ ２Ｃｌ …… （３）
が起きる。

結果として、図３に示す方法によって製造した光学部品又は光ファイバーに照射しても、上記の反応（２）におけるように、Ｅ_１′中心が急激に上昇することにはならない。そのため、反応（２）は、著しい塩素含有量を有する塊状(bulk)シリカガラスのための特定の反応に適用され、同時に、反応（３）は、高塩素含有量を有する高純度シリカガラスで造られた光ファイバーに適用される。このように、図３に示す方法であって上述の該方法によって、光学部品（例えば、低ＯＨ光ファイバー）を形成する以前の方法よりも優れた利点が提供される。

図４〜図８は、上述のファイバー１０であって図１に示す該ファイバー１０と、上述の方法であって図３に示す該方法とを一層良く理解するのに役立つ種々の技術的実例を示す。とりわけ図４は、約０．１ｐｐｍのＯＨ含有量を有する初期ファイバーのスペクトル減衰量を示す。初期ファイバーは、この例に関し、従来の低ＯＨファイバーと見なすことができ、例えば、市販のものであっても良い。そのグラフは、１ｋｍ当り０デシベル（ｄＢ）から８０００ｄＢの範囲の尺度での減衰量を示す。波長は、１７５ｎｍから４００ｎｍまで測定され、紫外スペクトル領域を表わしている。グラフによって例示されるように、概して「３０」で示される［減衰量］対［波長］曲線は、約２１０ｎｍ、２４３ｎｍ及び３２５ｎｍの波長で、それぞれ７３００、６７５０、１３００ｄＢ／ｋｍの減衰量のピークを示す。この表示は、減衰量が概して、紫外スペクトル領域を通して、波長が可視スペクトルに近づくにつれて減少しているものの、その減少量は均一でないことを示している。

本発明の原理に従って光ファイバーを製造することによって、該光ファイバーは、紫外スペクトル領域における減衰量を著しく低減することができる。例えば、図５は、図３の方法を用いて製造した光ファイバーのスペクトル減衰量を示す。該光ファイバーはとりわけ、圧力が４０気圧であり温度が３５０℃である水素ガス雰囲気に５時間の間置いた。これら特定の構成は、図３の方法の単に１つの具体例を示しているに過ぎない。図５は、１ｋｍ当り０ｄＢ〜２０００ｄＢの尺度で測定した減衰量を示す。図１の場合、波長は、１７５ｎｍから４００ｎｍまで測定され、紫外スペクトル領域を表わしている。

グラフによって例示されるように、概して「４０」で示される［減衰量］対［波長］曲線は、幾分指数関数的である。約１４００ｄＢ／ｋｍの初期減衰量は、約１９０ｎｍの波長で見られる。この［減衰量］対［波長］曲線は、１９０ｎｍ〜３２５ｎｍの範囲の波長を通して、減衰量が約１４００ｄＢ／ｋｍから約２００ｄＢ／ｋｍまで著しく減少していることを示している。図４と図５を比較すれば明らかなように、本発明による光ファイバー１０は、紫外スペクトル領域における光損失が著しく低減されることを示す。

図６、図７、図８、図１２及び図１３は、本発明の方法に従って製造した光ファイバーに対するソラリゼーション測定値を示す。図６、図８、図１２及び図１３は、光ファイバー分光計(Fiber Optic Spectrometer)（ＦＯＳ）を用いて行なった試験結果であって、０〜３．５×１０^３の範囲のカウントで測定し、１７５〜４５０ｎｍで測定した波長に対してグラフ化したものを示す。該光ファイバーは、一定出力と、２１４ｎｍの波長で２００ｎＷ／ｎｍの出力電力とを有する重水素ランプを用いて照射した。該重水素ランプは、一定にすることができ、コアファイバーの直径に依って変化する出力電力を有することができる。例えば、該重水素ランプの出力は、３００μｍのコアファイバーに対して２１４ｎｍの波長で４５０ｎＷ／ｎｍの電力を、２００μｍのコアファイバーに対して２１４ｎｍの波長で２００ｎＷ／ｎｍの電力を、また、１００μｍのコアファイバーに対して２１４ｎｍの波長で７０ｎＷ／ｎｍの電力を有することができる。

図６、図７及び図１２において、紫外線照射前の、本発明の諸具体例のソラリゼーション測定値は、線「５０」によって表わされる。図６において、紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は、線「５２」によって表わされ、２４０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の波長において少なくとも９０％の透過率を有する光ファイバーを表わしている。該ファイバーは、経時劣化試験のために熱処理を行わなかった。

図７は、該ファイバーを１００℃で１００時間の間熱処理を行い、そのような処理の後、重水素ランプで照射した後のソラリゼーション測定値を示す。従って、図７において、紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は、線「５４」によって表わされる。線「５４」は、光ファイバーが２１４ｎｍの波長で少なくとも７５％の透過率を、２２９ｎｍの波長で少なくとも８５％の透過率を、また、２４０〜４００ｎｍの波長範囲で少なくとも９０％の透過率を有することを示す。上述のように、該重水素ランプは、一定にすることができ、コアファイバーの直径に依って変化する出力電力を有することができる。

このように、照射による光損失は、本発明の方法によって製造した光ファイバーでは著しく減少する。
図１２は、本発明の方法に従って製造した光ファイバーに対する、該ファイバーを室温で１年２ヶ月間貯蔵し、その期間の後、重水素ランプで照射した後のソラリゼーション測定値を示す。かくして、図１２において、紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は線「５４」で示す。図１２において、紫外線照射前のソラリゼーション測定値は線「５０」で示す。線「５４」は、該光ファイバーが、図７で示した透過率と実質的に同じ透過率を有することを示している。そのような結果により、本発明の方法に従って製造した光ファイバーは長期間安定であることが実証される。

図８及び図１３は、［相対透過率損失（％）］対［光ファイバーが照射された時間］を示す。線「６２」は、該ファイバー中の欠陥Ｅ′に起因すると考えられる２１４ｎｍにおける透過率損失を表わし、また、線「６４」は、該ファイバー中の欠陥Ｅ_１′に起因すると考えられる２２９ｎｍにおける透過率損失を表わす。線「６０」は、該ファイバー中の（ＯＤＣ１）に起因すると考えられる２４４ｎｍにおける透過率損失を表わし、また、線「６６」は、該ファイバー中の（ＯＤＣ２）に起因すると考えられる２５４ｎｍにおける透過率損失を表わす。線「６８」は、非架橋性酸素ホール（ＮＢＯＨ）に起因すると考えられる２６６ｎｍにおける透過率損失を表わし、また、線「７０」は、該ファイバー中の塩素（Ｃｌ）量に起因すると考えられる３３０ｎｍにおける透過率損失を表わす。

このように、図８は諸透過率損失を示し、これらは、関心ある波長領域に渡り、ファイバーの吸収スペクトルを測定することによって決定される。（例えば、２ｍの長さを有する）該光ファイバーを１９０〜４００ｎｍの波長で所定の時間の間照射したとき、図８に示すように、該光ファイバーは、照射される前のファイバーの透過率の少なくとも７５〜９０％の透過率を有する。
図１３は透過率損失を示し、これらは、関心ある波長領域に渡り、ファイバーの吸収スペクトルを測定することによって決定される。（例えば、２ｍの長さを有する）該光ファイバーを１年２ヶ月間貯蔵し、次いで、１９０〜４００ｎｍの波長で所定の時間の間照射したとき、図１３に示すように、該光ファイバーは、照射される前のファイバーの透過率の少なくとも６０％の透過率を有する。

図９、図１０及び図１１は、本発明の方法に従って製造した光ファイバーと比較した、高ＯＨ光ファイバー（ＯＨ含有量は４００〜１２００ｐｐｍ、フッ素ドープトクラッド）に対するソラリゼーション測定値を示す。段落００３６で記述したような試験結果が得られた。同様の結果は、低温（２００℃未満）及び１０〜２００気圧の圧力で、予備照射することなく、高ＯＨファイバーを水素処理した場合に得られた。
図９において、高ＯＨ光ファイバー（ＯＨ含有量は４００〜１２００ｐｐｍ、フッ素ドープトクラッド）の、照射前のソラリゼーション測定値は、線「５０」で表わす。図９において、紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は、線「５２」で表わす。このファイバーは、経時劣化試験の結果を見るために、熱処理は行なわなかった。

図１０は、本発明の方法に従って製造した高ＯＨ光ファイバー（ＯＨ含有量は４００〜１２００ｐｐｍ、フッ素ドープトクラッド）に対するソラリゼーション測定値を示す。図１０において、高ＯＨ光ファイバーの、紫外線照射前のソラリゼーション測定値は、線「５０」で表わし、紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は、線「５２」で表わす。

図１１は、本発明の方法に従って製造した高ＯＨ光ファイバー（ＯＨ含有量は４００〜１２００ｐｐｍ、フッ素ドープトクラッド）を、１００℃で１００時間熱処理した後のソラリゼーション測定値と、重水素ランプで照射した後のソラリゼーション測定値とを示す。かくして、図１１において、紫外線照射前のソラリゼーション測定値は、線「５０」で表わす。紫外線照射の４時間後のソラリゼーション測定値は、線「５２」で表わす。線「５２」から、該高ＯＨ光ファイバーが１９０ｎｍ〜２２０ｎｍの波長で、ほぼ０％の透過率を有することが分かり、本発明の方法に従って製造した図７及び図１２の低ＯＨファイバーに対して、高ＯＨ光ファイバーでは紫外線透過率の安定性が欠如することが実証される。

概念的に言えば、本発明の具体例は、１０ｐｐｍ未満のＯＨ基と、０〜１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する低ＯＨファイバーを実施し、諸条件（例えば、圧力、温度及び処理時間）で水素処理を行なっている。それによって、該ファイバーの固有欠陥及び不純物欠陥は、水素と効果的に相互に作用し、実質的に放射抵抗の水素含有中心に変化する。このようにして、本発明の具体例によって提供されるか、又は本発明の方法に従って製造される光学部品（例えば、光ファイバー）は、紫外線及びγ線に対する高い放射抵抗を有し、且つ、１８０ｎｍ〜２２００ｎｍの広いスペクトル領域において低い光損失を有する。
前記に例示する具体例は、本発明の構造的原理及び機能的原理を説明するために与えてきたものであり、限定的であるようには意図されていない。本発明の原理は、本開示内容の本質と範囲との内における、あらゆる全ての追加的変更、一部変更及び（又は）置き換えを包含するように意図されている。

本発明の原理に従って製造した光学部品の斜視図である。 図１に示す光ファイバーの複数から成る光学部品の斜視図である。 本発明の原理に従う方法の例を説明する流れ図である。 約０．１ｐｐｍのＯＨ含有量を有する光ファイバーのスペクトル減衰量のグラフ図である。 図３の方法に従って製造した光ファイバーのスペクトル減衰量のグラフ図である。 図３の方法に従って製造された光ファイバーのソラリゼーション(solarization)測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造し、熱処理した光ファイバーのソラリゼーション測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造し、熱処理した光ファイバーの［相対透過率損失（％）］対［時間］のグラフ図である。 延伸ファイバーが図３の方法に従わないときの、初期の標準的高ＯＨ光ファイバー（ＯＨ含有量は４００〜１２００ｐｐｍ、フッ素ドープトクラッド）のソラリゼーション測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造した標準的高ＯＨファイバー（４００〜１２００ｐｐｍのＯＨ含有量、フッ素ドープトクラッド）のソラリゼーション測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造し、熱処理した高ＯＨファイバー（４００〜１２００ｐｐｍのＯＨ含有量、フッ素ドープトクラッド）のソラリゼーション測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造された光ファイバーの、製造後１年２ヶ月後のソラリゼーション測定値のグラフ図である。 図３の方法に従って製造し、照射した光ファイバーの［相対透過率損失（％）］対［時間］のグラフ図である；測定は、製造後１年２ヶ月後に行なった。

Claims (19)

1. 約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有するコア、及び
   前記コアを取り囲んでおり、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有し、且つ、該コアの屈折率よりも小さい屈折率を有しているクラッド、
   を有する光学部品であって、所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に、固有欠陥及び不純物欠陥が破壊されるような所定の時間の間置かれることによって処理されている上記光学部品。
2. 複数の前記コアを有しており、各々のクラッドが各々のコアを取り囲んでファイバー束を形成している、請求項１に記載の光学部品。
3. 光学部品を製造する方法において、
   約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基含有量と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素含有量とを有する予備形成物を与える工程；
   前記予備形成物を延伸して該予備形成物を引き伸ばし、該予備形成物から光学部品を形成する工程；
   所定の圧力及び所定の温度の水素ガス雰囲気の中に前記光学部品を置く工程であって、該光学部品は、該光学部品の固有欠陥及び不純物欠陥を破壊するのに十分な所定の時間の間、該水素ガス雰囲気中に置かれる該工程；
   を包含する上記製造方法。
4. 光学部品をポリマーで被覆する工程を更に包含する、請求項３に記載の方法。
5. ポリマーがポリイミドである、請求項４に記載の方法。
6. 所定の圧力は約１０〜約２００気圧である、請求項３に記載の方法。
7. 所定の温度は約２００〜約４５０℃である、請求項３に記載の方法。
8. 所定の時間は、光ファイバーの直径の関数である、請求項３に記載の方法。
9. 光学部品は、水素雰囲気中に置かれた後、紫外スペクトル領域、可視光スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において、紫外線及びγ線に対する、安定した高い放射抵抗を示す、請求項３に記載の方法。
10. 光学部品は、紫外スペクトル領域、可視光スペクトル領域及び近赤外スペクトル領域において有用であり、光損失が最小である、請求項３に記載の方法。
11. 光学部品は、紫外線及び近赤外線を伝送するのに有用であり、紫外スペクトル領域における光損失が最小である、請求項３に記載の方法。
12. 請求項３に記載の方法によって製造された光学部品。
13. 光学部品が、１つの光ファイバー、光ファイバープローブ、及び複数の光ファイバーを有する光ファイバー束から成る群の１つを有している、請求項１２に記載の光学部品。
14. 光学部品は、
    約０．１〜約１０．０ｐｐｍの量のＯＨ基と、０〜約１０００ｐｐｍの量の塩素とを含有する高純度シリカガラスを有するコア、及び
    前記コアを取り囲んでおり、フッ素を含有する高純度シリカガラスを有し、且つ、該コアの屈折率よりも小さい屈折率を有しているクラッド、
    を有している、請求項３に記載の方法。
15. 光学部品は更に複数の前記コアを有し、各々のクラッドが各々のコアを取り囲んでファイバー束を形成している、請求項１４に記載の方法。
16. 所定の圧力が４０気圧であり且つ所定の温度が３５０℃であるとき、コアは２００＊（Ｘ）μｍの直径を有し、且つ所定の時間が５＊（Ｘ）時間である（式中、Ｘは１以上の数値を表わす）、請求項１４に記載の方法。
17. 所定の圧力は４０気圧であり、所定の温度は３５０℃であり、コアは２００μｍの直径を有し、且つ所定の時間は５時間である、請求項１４に記載の方法。
18. 所定の圧力は４０気圧であり、所定の温度は３５０℃であり、コアは４００μｍの直径を有し、且つ所定の時間は１０時間である、請求項１４に記載の方法。
19. 所定の圧力は４０気圧であり、所定の温度は３５０℃であり、コアは６００μｍの直径を有し、且つ所定の時間は１５時間である、請求項１４に記載の方法。

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