JP2007516929A

JP2007516929A - 光ファイバ・プリフォームの製造方法

Info

Publication number: JP2007516929A
Application number: JP2006547153A
Authority: JP
Inventors: シーブックバインダー，ダナ; シーチェイコン，リサ; ジェイエリソン，アダム; ジーゴースマン，グレゴリー; ティーマータフ，マイケル; エイウェドン，ウィリアム
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2007-06-28
Also published as: WO2005066084A1; EP1699741A1; US20050144986A1; KR20060132674A

Abstract

アルカリ金属酸化物がドープされたガラス製光ファイバ・プリフォームおよびファイバの製造方法が開示されている。この方法によれば、好ましくはＯＶＤ法により、第１のガラス棒を形成し、このとき、屈折率デルタが０．２％と３％の間であることが好ましい。好ましくはＭＣＶＤ法またはＰＶＣＤ法により、ガラス・スリーブ管を形成する。第１のガラス棒をスリーブ管中に挿入し、棒と管のアセンブリを加熱し、スリーブ管と第１のガラス棒の間にアルカリ金属蒸気を流す。必要に応じて、第１のガラス棒を挿入し、アルカリ金属蒸気を流す前に、追加のガラスをスリーブ管の内面に形成してもよい。追加のガラスは、アップ・ドープされていても、ダウン・ドープされていても、その両方であってもよい。次いで、スリーブ管を第１のガラス棒上にコラプスして、アルカリ金属酸化物がドープされた第２のガラス棒を形成してもよい。第２のガラス棒を線引きして、第３のガラス棒を形成する。次いで、第３のガラス棒上に追加のガラスを形成して、そこから光ファイバが線引きされる光ファイバ・プリフォームを形成してもよい。あるいは、アルカリ金属蒸気を流した後であって、コラプス工程の前に、スリーブ管から第１のガラス棒を取り出し、その後、追加のガラスを第１のガラス棒上に形成して、光ファイバプリフォームを形成してもよい。

Description

本発明は、光ファイバ・プリフォームおよびファイバの製造方法に関する。この方法は、より詳しくは、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバ・プリフォームおよびファイバを効率的に製造することに関する。

減衰は光ファイバの主要な制限特性である。例えば、光ファイバ損失は、光ファイバ増幅器の間の制限距離を設定する上で重要な役割を果たす。このことは、例えば、そのような増幅器がかなりのシステム費用を占め、システムの信頼性の重要な要因である海底用途などの、長距離および超長距離のネットワークにおいて特に重要である。したがって、減衰をできるだけ最低のレベルまで減少させることに商業的に大きな関心が寄せられている。

アルカリ金属酸化物がドープされたシリカガラスは、光ファイバにおける減衰を減少させられることが示されてきた。それにもかかわらず、光ファイバを製造する従来技術の方法は、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバをそこから線引きできる光ファイバ・プリフォームの製造にとって現実的ではない。何故ならば、アルカリ金属前駆体化合物は、プリフォームを形成するためのアルカリ金属酸化物がドープされたスートの直接堆積には非現実的であるからである。

光ファイバ・プリフォーム、すなわち、光ファイバがそこから線引きされる物品の製造は、典型的に、外付け法（ＯＶＤ）、軸付け法（ＶＡＤ）、改良型化学的気相成長法（ＭＣＶＤ）およびプラズマ化学的気相成長法（ＰＣＶＤ）などの方法により行われる。ある方法によれば、光ファイバ・プリフォームはＯＶＤ法により形成される。このＯＶＤ法において、図２の矢印ＡおよびＡ’により示されているように、回転し横移動するマンドレル２２上にシリカ含有スート２０を堆積させて、多孔質コア・スート・プリフォーム２４を形成する。スート２０を形成するために、ガラス前駆体２６を、好ましくは気体形態で、バーナ３０の火炎２８に供給する。火炎２８は、酸素３４などの支燃性ガスを供給しながら、メタンなどの燃料３２を燃焼させることにより形成される。コア・スート・プリフォーム２４は、例えば、屈折率を上昇させるために、酸化ゲルマニウムなどのドーパントをアップ・ドープしてもよい。これは、例えば、ＳｉＣｌ₄などのガラス前駆体２６を、ＧｅＣｌ₄などの気体ドーパント化合物と共に、気体形態でバーナ３０に供給することによって、行ってもよい。次いで、ドープされたシリカ含有スート・プリフォーム２４は、従来技術の図３および４に示されたような固結炉３２内で乾燥され、固結されて、固結済みコア・ブランクを形成する。約９５０℃から１２５０℃の温度でガラスにガラス化する前に、固結炉内で、例えば、ヘリウムおよび塩素ガスの雰囲気を用いて、プリフォームを乾燥させ、水分を除去する。一般に、純粋なヘリウムが固結中に供給され、温度は先の温度より高く、例えば、約１３９０℃から１５３５℃の間である。

固結後に、図５に示すように、固結済みコア・ブランク３４をケイン線引き炉３６内に配置し、ある長さのコア・ケイン３８に延伸する。このケインから、多数のコア・ケイン・セグメントが得られる。これと同時に、中心孔は、例えば、真空の施用により閉じられる。線引き張力およびプリフォーム下方供給速度（矢印Ｂにより示される）は、好ましくは実質的に一定の、所定の直径ｄ₀の長さのコア・ケイン３８を提供するために、適切な制御装置４２により制御される。直径ｄ₀は、適切な非接触センサ４４から制御装置４２に測定した直径信号をフィードバックすることにより制御される。これに応答して、制御装置４２は、引張装置４６で加えられる張力を調節してもよい。この装置によれば、張力を低下させると直径ｄ₀が増加し、張力を上昇させると直径ｄ₀が減少する。ケインを所定の長さで、例えば、ガス・カッター４８により、切断して、所定の長さのコア・ケイン・セグメント４０（図６）を形成する。このコア・ケイン・セグメント４０は、図１に示すような、最終的なプリフォームの第１セグメントを表す。

最終工程において、コア・ケイン・セグメントにシリカ含有スートをオーバークラッドする。今回はマンドレルが先に製造したコア・ケイン４０であることを除いて、この工程は、図２と同じに見える。堆積したスートは、ＳｉＣｌ₄などのガラス前駆体２６を火炎２８に供給し、この前駆体を酸化してＳｉＯ₂を形成することによって形成されたシリカ・スートであることが好ましい。次に、スートが堆積されたコア・ケイン５０を、バーキー(Berkey)の特許文献１に記載されたような炉５２内に配置し、図７に示すように固結する。オーバークラッドがＳｉＯ₂から実質的になることが好ましい。スート・プリフォームをこれまでに記載したように乾燥させ、固結して、最終的な固結済み光ファイバ・プリフォーム５４を形成する。次いで、得られた最終的な固結済みプリフォーム５４を、図８に示したような線引き炉５６内に配置し、従来の方法および装置によって、ヘリウムガス雰囲気中で加熱し、光ファイバ５８に線引きする。次いで、ファイバ５８を、冷却室６０内で冷却し、非接触センサ６２によって最終直径について測定する。これもまた従来のように、被覆装置６４により、１つ以上のコーティングを施し、硬化させる。線引き中、ファイバ５８は、引張アセンブリ６６を通過し、それによって、プリフォーム５４からファイバ５８を線引きするために、張力が加えられる。張力は、ファイバの直径を所定の設定点に維持するために、制御装置６８により制御される。最後に、被覆ファイバ７０は、ファイバ巻取スプール７４上にフィードヘッド７２により巻き取られる。
米国特許第４６２９４８５号明細書

本発明のある広い態様は、光ファイバ・プリフォームを製造する方法であって、第１のガラス棒を第１のガラス管中に挿入し、第１のガラス棒と第１のガラス管を加熱し、第１のガラス棒と第１のガラス管の間に酸素を含む搬送ガスおよびアルカリ金属蒸気を流す各工程を有してなり、アルカリ金属蒸気が、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｃｓ，Ｒｂおよびそれらの組合せからなる群より選択されるアルカリ金属を含むものである方法を包含する。第１のガラス棒の含水量は、好ましくは約１００ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０ｐｐｂ未満である。第１のガラス棒は、好ましくは約０．０５質量％未満、より好ましくは約０．０２質量％未満、最も好ましくは約０．０１質量％未満の塩素を含む。

本発明の第１の実施の形態による製造方法は、中にゲルマニア・ドーパントを含有することが好ましい第１のガラス棒、またはコア・ケイン・セグメントを形成し、約０．２％〜３％の間のデルタを提供し、セグメントを、ＭＣＶＤやＰＣＶＤなどの内付け法により形成されることが好ましい第１のガラス管（スリーブ）中に挿入し、棒と管のアセンブリにアルカリ金属酸化物をドープし、次いで、管を棒上にコラプス(collapsing)して第２のガラス棒を形成する各工程を含む。第２のガラス棒は、好ましくは少なくとも約０．０１質量％の、より好ましくは少なくとも約０．１質量％の、最も好ましくは約０．１質量％と約５質量％の間のピーク濃度でアルカリ金属酸化物を含む。次いで、第２のガラス棒を線引きして、第３のガラス棒を形成してもよい。第３のガラス棒上に追加のガラスを形成して、光ファイバ・プリフォームを形成してもよい。光ファイバ・プリフォームは、従来の線引き方法によって、光ファイバに線引きしてよい。

第１のガラス棒は、本発明によれば、ＯＶＤ法により形成されることが好ましい。この方法では、コア・スート領域を、回転している堆積表面の外側にシリカ含有スートを堆積させることによって形成し、次いで、コア・スート領域を固結炉内で乾燥させ、固結して、固結済みコア・ブランクを形成し、その後、固結済みコア・ブランクから、外形ｄ₀を有するコア・ケイン・セグメントを線引きする。

本発明の別の実施の形態によれば、アルカリ金属酸化物のドーピング工程が完了したら、第１のガラス棒を第１のガラス管から取り出し、その後、追加のガラスを第１のガラス棒上に形成してもよい。第１のガラス棒は、好ましくは少なくとも約０．０１質量％の、より好ましくは少なくとも約０．１質量％の、最も好ましくは約０．１質量％と約５質量％の間のピーク濃度でアルカリ金属酸化物を含む。追加のガラスが、スートを堆積させることによって形成されることが好ましい。次いで、ガラススートを乾燥させ、固結させて、光ファイバ・プリフォームを形成してもよい。光ファイバ・プリフォームを、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバに線引きしてよい。あるいは、光ファイバ・プリフォームを形成するために、追加のガラスを、第１のガラス棒を第２のガラス管中に挿入し、ガラス管をガラス棒上にコラプスすることによって形成してもよい。次いで、光ファイバ・プリフォームを、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバに線引きしてもよい。

本発明の別の実施の形態によれば、アルカリ金属酸化物がドープされたマルチセグメント型光ファイバを製造する方法であって、回転している堆積表面の外側にシリカ含有スートを堆積させてスート・プリフォームを形成し、固結炉内でスート・プリフォームを固結させ、それによって、固結済みブランクを形成し、固結済みブランクを線引きして、外径ｄ₀を有する少なくとも１つのガラス棒（コア・ケイン・セグメント）を形成することによって、第１のガラス棒を形成し；好ましくはシリカと比較して、１つ以上のダウンドープされた半径部分および１つ以上のアップドープされた半径部分を含む第１のガラス管（スリーブ）の内側に追加のガラス層を形成し、第１のガラス棒を第１のガラス管中に挿入し、ガラス棒とガラス管の間にアルカリ金属蒸気を流し、第１のガラス棒の周りにガラス管をコラプスして、第２のガラス棒を形成する各工程を有してなる方法が提供される。第２のガラス棒は、好ましくは少なくとも約０．０１質量％の、より好ましくは少なくとも約０．１質量％の、最も好ましくは約０．１質量％と約５質量％の間のピーク濃度でアルカリ金属酸化物を含む。次いで、第２のガラス棒を線引きして、多数のコア・セグメントを含む第３のガラス棒を形成し、第３のガラス棒の外側にクラッド・ガラスを形成して光ファイバ・プリフォームを形成し、光ファイバ・プリフォームから光ファイバを線引きしてもよい。１つ以上のダウンドープされた半径部分は、例えば、堀部および溝部を含んでもよいことが認識されるであろう。さらに、１つ以上のアップドープされた半径部分は間隔の置かれた多数の環状部分を含んでもよい。

本発明の他の特徴および詳細は、添付の明細書、特許請求の範囲および図面から明らかになるであろう。

ここで、添付の図面を参照して、本発明の現在好ましい実施の形態を詳細に説明する。できる限り、同じまたは同様の参照番号は、同じまたは同様の部品を称するように全体に亘り用いるものとする。

本発明の第１の実施の形態によれば、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバ・プリフォームを製造する方法が提供される。光ファイバ・プリフォームを製造する方法は、外径ｄ₀を有する少なくとも１つのコア・ケイン・セグメントを形成する第１の工程を含むのが図２〜５にもっともうまく示されている。コア・ケインは、ここに記載された従来技術のＯＶＤ法により形成されることが好ましい。特に、コア・スート領域２３は、相対的に回転し横移動している堆積表面２５の外側に、ドープされたシリカ含有スート２０を堆積させることによって形成される。表面は、最初はテーパー状のマンドレルであり、その後、既に堆積されたスートの表面となる。スート２０は、気体形態でガラス前駆体２６をバーナ３０の火炎２８に供給して、それを酸化することによって形成される。メタン（ＣＨ₄）などの燃料３２、および酸素などの支燃性ガス３４がバーナ３０に供給され、着火されて、火炎２８を形成する。Ｖが付された質量流量制御装置が、好ましくは全てが気体形態にある、適切なドーパント化合物３３、ガラス前駆体２６、燃料３２および支燃性ガス３４の適切な量を計量して、バーナ３０に送る。ガラス形成体である化合物２６、３３は、火炎３８内で酸化されて、略円柱形のスート領域２３を形成する。特に、ドーパント化合物３３が、ゲルマニウム化合物などの屈折率上昇ドーパントを含むことが望ましい。

次に、スート領域２３を含むスート・プリフォーム２４を固結炉３２内で固結し、それによって、図３および４に示されているように、固結済みコア・ブランク３４を形成する。スート・プリフォーム２４を、保持機構２１により炉３２の純粋な石英のマッフル管２７内に吊り下げ、約０．５と４．０時間の間に亘り、約９５０℃と１２５０℃の間の温度で、約９８％から９９％のヘリウムおよび１％から２％の塩素ガスの乾燥雰囲気に曝す。次いで、炉の温度を上昇させ、プリフォーム２４を、好ましくは、約１３９０℃と１５３５℃の間の温度で純粋なヘリウムの雰囲気中で固結して、固結済みコア・ブランク３４を形成する。勾配焼結を用い、それによって、スート・プリフォーム２４を、約２〜２０ｍｍ／分の速度で炉３２の高温区域に降下させる。

次に、図５および６に示したように、固結済みコア・ブランク３４をコア・ケイン線引き炉３６内に配置し、外径ｄ₀を有する少なくとも１つの棒形コア・ケイン・セグメント４０（図６）をそこから線引きする。コア・ブランク３４を、溶融塊(gob)が垂れるまで、約１７００℃と２０００℃の間の温度まで加熱する。一旦、適量の捨て(trash)ガラスを取り去ったら、次いで、制御装置４２が、ここでは２つのトラクタ車輪として示されている引張装置４６への適切な制御信号によって、ケインに加えられる張力を制御して、ケイン３８を適切な速度で下方に線引きする。このようにして、約１ｍｍと１０ｍｍの間の外径を持つある長さのコア・ケイン３８を引き出すことができる。

コア・ケイン３８の直径は非接触センサ４４によりモニタされ、その信号が制御装置４２に送られる。制御装置４２は、センサ４４からの検出した直径信号を、メモリ内に貯蔵された所定の設定直径と比較し、その後、もしあれば、張力に適切な調節の命令を出して、設定直径ｄ₀を維持する。制御装置４２もブランク３４の下方供給速度を制御する。その速度は一定に維持されることが好ましい。矢印Ｂは、ブランク３４の下方供給を示す。制御装置により決定されるように、所定の長さのコア・ケイン３８が引張装置４６を通過したときに、ガス・カッターなどのカッター４８が作動される。このカッターはケイン３８を所定の長さのコア・ケイン・セグメント４０（図６）に切断する。製造されたコア・ケイン・セグメント４０は、プリフォームとファイバの最も内側のコアに相当し、ゲルマニア・ドーパントを含むことが好ましい。好ましい実施の形態において、コア・ケイン・セグメント４０は、シリカ・クラッドと比較して、０．２％と３％の間のΔ₁を有し、ここで、Δ_c＝０およびΔ₁＝（ｎ₁−ｎ_c）／ｎ_c、ｎ₁は第１のセグメント１０のピーク屈折率であり、ｎ_cはクラッド１２の屈折率である。第１のセグメント１０は、放物線プロファイル（１１ａ）、またはステップ型プロファイル（１１ｂ）を有していてもよい。コア・ケイン・セグメント４０は、好ましくは約１００質量ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満の水を含む。水により、ヒドロキシル基ＯＨを意味する。ＯＨは、１３８３ｎｍの、またはその辺りの吸収ピークの原因であり、その吸収ピークは、光ファイバの１つ以上の動作波長領域中に延在するかもしれない。この吸収ピークには、最終的にコア・ケイン・セグメント４０から形成される光ファイバの光学損失、または減衰に有害な影響がある。コア・ケイン・セグメント４０は、好ましくは約０．０５質量％未満、より好ましくは約０．０２質量％未満、最も好ましくは約０．０１質量％未満のＣｌを含む。

本発明の方法の次の工程によれば、約１ｍｍと１０ｍｍの間、好ましくは約５ｍｍと１０ｍｍの間、より好ましくは約８ｍｍと１０ｍｍの間の寸法ｄ₀を有する、図６のコア・ケイン・セグメント４０を、図９に示すように、ガラス・スリーブ管７６中に挿入する。スリーブ管７６は、約１７ｍｍと２６ｍｍの間の内径ｄ_iを有する。コア・ケイン・セグメント４０は、スリーブ管７６内に同心に配置されている。ある場合には、コア・ケイン・セグメント４０をスリーブ管７６中に挿入する前に、スリーブ管７６の直径、したがって、ｄ_iを減少させることが望ましいかもしれない。スリーブ管７６の内面とコア・ケイン・セグメント４０の外面との間の距離は、好ましくは約８ｍｍ未満、より好ましくは約５ｍｍ未満、最も好ましくは約３ｍｍ未満である。これは、例えば、従来のガラス作業旋盤上でスリーブ管７６を加熱することにより、または適切な炉内でスリーブ管７６を加熱することにより、行ってよい。スリーブ管７６は、実質的に純粋なシリカであっても、一種類以上のドーパントを含んでもよい。例えば、スリーブ管７６は、ＦまたはＧｅを含んでもよい。スリーブ管７６は、好ましくは約０．０５質量％未満、より好ましくは約０．０２質量％未満、最も好ましくは約０．０１質量％未満のＣｌを含む。スリーブ管７６は、好ましくは約１００質量ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満の水を含む。

本発明の方法の次の工程において、図１０にもっとも明白に示されているように、アセンブリ７８を形成する、入れ子になったスリーブ管７６とコア・ケイン・セグメント４０を線引き炉５６中に挿入し、矢印８２により示されるように、コア・ケイン・セグメント４０とスリーブ管７６との間に形成された空間８０を通して搬送ガスとアルカリ金属蒸気８２との混合物を流しながら、アセンブリ７８を加熱する。アルカリ金属蒸気は、酸素を含む搬送ガスにより空間８０を通して搬送される。搬送ガスは、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを含んでもよい。搬送ガスは、好ましくは少なくとも約１５％の酸素を、より好ましくは少なくとも約２０％の酸素を含む。しかしながら、１００％までの酸素濃度を用いてよい。搬送ガスは、好ましくは約０．５標準リットル毎分（ＳＬＰＭ）より多い量で、より好ましくは約０．５と１．０ＳＬＰＭの間の量で流される。

アルカリ金属蒸気は、適切なアルカリ金属供給源化合物を加熱することにより形成してもよい。アルカリ金属供給源化合物は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｒｂ、およびそれらの組合せからなる群より選択されるアルカリ金属を含むことが好ましい。アルカリ金属供給源化合物がアルカリ金属のヨウ化物または臭化物であることが好ましい。例えば、アルカリ金属供給源化合物はＫＢｒまたはＫＩであってよい。図１１に示した実施の形態において、アルカリ金属供給源化合物を加熱するためのチャンバ８４がアセンブリ７８の一端に連結されている。チャンバ８４は、所定の量のアルカリ金属供給源化合物８６を収容しており、熱源８８により加熱される。例えば、チャンバ８４内で、少なくとも約２５ｇの、より好ましくは少なくとも約３５ｇの、最も好ましくは少なくとも約５０ｇのアルカリ金属供給源化合物を用いてよい。熱源８８は、例えば、燃焼バーナまたは抵抗加熱器であってよい。酸素含有搬送ガス８５がチャンバ８４中に流入し、そこで、搬送ガスがアルカリ金属蒸気と混ざり、それを空間８０を通して搬送する。搬送ガス中に含まれる酸素が、加熱されたアルカリ金属蒸気と接触したときに、アルカリ金属酸化物が形成される。アルカリ金属酸化物は、スリーブ管７６の内面およびコア・ケイン・セグメント４０の外面と接触し、その中に拡散し、それによって、アルカリ金属酸化物がドープされたガラスが形成される。

図１０の矢印Ｃにより示されるように、アセンブリ７８と炉５６との間で相対運動が行われることが好ましい。例えば、相対運動は、アセンブリ７８を炉５６に通過させることにより実施してもよい。あるいは、アセンブリ７８が静止しており、炉５６がアセンブリ７８の縦軸に平行に動いてもよい。アセンブリ７８と炉５６の両方が動いて、相対運動を行ってもよい。好ましい実施の形態において、搬送ガスとアルカリ金属蒸気の混合物が空間８０を通って流動している間に、少なくとも一回、好ましくは少なくとも約２回、より好ましくは少なくとも３回、最も好ましくは少なくとも４回、アセンブリ７８が炉５６を通過する。炉５６の温度は、好ましくは少なくとも約２０００℃、より好ましくは少なくとも約２０４０℃、最も好ましくは少なくとも約２１００℃である。アセンブリ７８と炉５６との間の相対運動は、好ましくは少なくとも約１ｃｍ／ｓ、より好ましくは少なくとも約２ｃｍ／ｓ、最も好ましくは少なくとも約３ｃｍ／ｓである。

本発明の方法の次の工程において、図１２にもっとも明白に示されるように、アセンブリ７８が線引き炉５６中に挿入され、スリーブ管７６が加熱され、コア・ケイン・セグメント４０の周りにコラプスされる。これにより、光ファイバ前駆体９０が形成される。炉５６内の温度は、約１７００℃と２１００℃の間に設定されることが好ましい。コラプス工程は、例えば、アセンブリ７８を炉５６に通して動かすことにより行ってよい。あるいは、光ファイバ前駆体９０を形成するためのコラプス工程は、入れ子になったセグメントとスリーブ管を同時に回転させながら、それらに沿って適切な熱源を通過させることによって、旋盤（図示せず）内で行ってもよい。前駆体９０は、好ましくは少なくとも約０．０１質量％、より好ましくは少なくとも約０．１質量％、最も好ましくは約０．１質量％と５質量％の間のピーク濃度でアルカリ金属酸化物ドーパントを含む。

次に、図１３に最も明白に示されるように、コラプス工程後、光ファイバ前駆体９０は、例えば、線引き炉５６内で延伸されて、ある長さのケイン９２を形成する。ある長さのケイン９２は、図１３に示されるように、ｄ₀’の直径に線引きされる。ある長さのケイン９２から多数のコア・ケイン・セグメント９４が剪断される。これらのセグメント９４には、シリカ含有クラッドが施されて、その外側にクラッドが形成される。

好ましい実施の形態において、図１４に示したように、従来のＯＶＤ法において、シリカ含有クラッド・スート１２２がコア・ケイン・セグメント９４の外側に施される。ＯＶＤ法において、ＳｉＣｌ₄またはオクタメチルシクロテトラシロキサンなどのガラス前駆体１４３が気体形態でバーナ１２６に供給される。バーナの火炎１３０が前駆体１４３を酸化させ、シリカ含有スート１２２を形成する。スート１２２は、横移動するバーナ（矢印Ｅにより示されるように）により、適切な所定の厚さまで、回転しているある長さのセグメント９４の外側に堆積されて、オーバークラッド・スート・プリフォーム１２０が形成される。

図１６に最も明白に示されるように、スートが堆積されたプリフォーム１２０を固結炉１２９内に挿入し、約２〜２０ｍｍ／分、最も好ましくは約５ｍｍ／分の降下速度で、約９５０℃と１５３５℃の間の温度を持つ高温区域内で勾配焼成する。その結果が、図１７に最も明白に示されるた固結済みプリフォーム１５０である。

別の方法において、図１５および１８〜１９に最も明白に示されるように、ある長さのコア・ケイン・セグメント９４をシリカ含有ガラス・クラッド管９６中に挿入する（図１５）。次いで、クラッド管９６をコア・ケイン・セグメント９４上にコラプスして、プリフォーム１５０を形成する。これは、適切な旋盤装置（明快にするために図示していない）内で行うことが好ましい。クラッド管９６およびコア・ケイン・セグメント９４は、同時に回転させ、矢印Ｆにより示されるように長手方向に沿って移動する火炎または他の熱源からの十分な熱にさらされる。コラプス工程の前に、塩素ガス９８をセグメント９４と管９６との間の間隙に供給してもよい。その結果が、コア・ケイン・セグメント９４とシリカ含有クラッド管９６から構成された光ファイバ・プリフォーム１５０である。このプリフォームは、今では、そこから光ファイバを線引きするための線引き炉に移送される準備ができている。光ファイバは、図８を参照して先に説明したように、従来の様式でプリフォーム１５０から線引きされる。

それゆえ、本発明のこの実施の形態による方法は、コア・ケインを形成し、スリーブ管を形成し、コア・ケインをスリーブ管中に挿入し、コア・ケインとスリーブ管の間に酸素とアルカリ金属蒸気の混合物を流し、コア・ケインの周りにスリーブ管をコラプスして、光ファイバ前駆体を形成することによって、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバ・プリフォームを製造することが認識されよう。次に、光ファイバ前駆体を第２のコア・ケインに延伸する。次いで、第２のコア・ケインの周りにクラッド部分を形成して、オーバークラッド・アセンブリを形成し、このオーバークラッド・アセンブリを固結して、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバ・プリフォームを形成する。次いで、図８に示したような従来の方法にしたがって、このプリフォームを光ファイバに線引きする。

これらの実施の形態に加え、当業者には、上述した発明の意図した範囲から逸脱せずに、その発明に様々な改変および変更を行ってもよいことが分かるであろう。例えば、別の実施の形態において、コア・ケイン・セグメント４０を、スリーブ管７６のコラプス工程の前に、スリーブ管７６から取り外してもよい。次いで、追加のガラスを、例えば、図２に示した方法で、コア・ケイン・セグメント４０上に形成してもよい。追加のガラスは、コア・ケイン・セグメント４０上にスートを堆積させることによって形成することが好ましい。ガラススートが実質的に純粋なシリカであることが好ましい。得られたコア・ケイン・セグメント−スート体を固結して光ファイバ・プリフォームを形成する。このプリフォームは、図８に示した方法にしたがって光ファイバに線引きしてもよい。

さらに別の実施の形態において、図２１〜２４に最も明白に示されるように、コア・ケイン・セグメント４０をスリーブ管７６中に挿入する前に、ガラス管６３の内側に１つ以上の追加のガラス層を形成して、スリーブ管７６を形成してもよい。このガラス・スリーブ管７６は、スリーブ管７６の内側部として形成された、シリカと比較してダウンドープされた内側半径部分６７、およびスリーブ管７６の外側部として形成された、シリカと比較してアップドープされた外側半径部分６１を含むことが好ましい。図２１の実施の形態において、ガラス・スリーブ管７６は、ガラス管６３の端部と内部の空洞５９中にＳｉＣｌ₄などの気体状ガラス前駆体および好ましくはドーパント化合物を導入することにより形成される。ガラスをドープするために、ガラス前駆体４３およびドーパント化合物４７を気体形態で供給して、その半径寸法の関数としてスリーブ管７６に所望の屈折率プロファイルを達成する。

特に、アップドープされた半径部分６１は、ガラス前駆体４３と共に、ガラス管６３の空洞中に気体形態でゲルマニウム含有ドーパント化合物などの屈折率上昇ドーパント化合物４７を供給することによって形成することが好ましい。好ましい化合物の１つはＧｅＣｌ₄である。他の化合物としては、Ｃｌ₂、ＰＯＣｌ₅、ＴｉＣｌ₄、ＡｌＣｌ₃、または任意の他の適切な屈折率上昇ドーパントが挙げられる。

次に、管６３の内部の空洞中に気体形態で、Ｆ₂、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₄、ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆または任意の他の適切なフッ素含有化合物などの屈折率低下ドーパント化合物４７を導入することによって、ダウンドープされた半径部分６７を形成する。ガラス前駆体４３（例えば、ＳｉＣｌ₄）およびドーパント化合物４７をガラス管６３中に導入するときに、管を約２０と６０ｒｐｍの間の回転速度でモータ４９によって回転させる。スートが管内に形成され、管６３の長手方向に沿って移動する（矢印Ｄにより示されるように）バーナ７３ｂの軸方向に移動する火炎７３ａを用いて、このスートは、加熱されると実質的に同時に、管６３の内側に固結ガラスに転化される。バーナ７３ｂは、ＣＨ₄などの任意の適切な燃料３２およびＯ₂などの適切な支燃性ガス３４で作動する。Ｃ₂Ｈ₂、Ｈ₂、および／またはＮ₂などの他の気体が含まれていてもよい。スリーブ管７６は、図２４に示された屈折率プロファイルを有し、それによって、図示したように、少なくとも１つのアップドープされたセグメント１４６および少なくとも１つのダウンドープされたセグメント１４５を提供する。図２４はまた、コア・ケイン・セグメント４０から形成された中央コア・セグメント１４４、および先に説明したように、光ファイバ前駆体がその最中に形成された線引き工程の完了時に加えられるであろう、クラッド１４８を示している。スリーブ管７６のダウンドープされたセグメントは、フッ素ドーパントを含むことにより達成されることが好ましい。特に、ダウンドープされた堀セグメントは、約−０．１％と−１．２％の間のΔ₂を含むことが望ましい。スリーブ管７６が図２２に示されている。半径部分６７および６１が管６３の内側に一旦形成されたら、ガラス管６３はスリーブ管７６の一部として残る。次いで、コア・ケイン・セグメント４０を前述したようにスリーブ管７６内に挿入してよい。

あるいは、スリーブ管７６は、図２３に示すように、プラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法により製造してもよい。このＰＣＶＤ法において、ガラス前駆体４３およびドーパント化合物４７を、図２１の先に述べたＭＣＶＤ法のように、気体形態でシリカ・ガラス管６３の空洞５９中に供給する。しかしながら、この場合には、ガラス管６３の空洞は低圧（一般に、１０〜２０トール）に維持し、エネルギーをマイクロ波共振器６９（一般に、２〜６ｋＷで作動されている）により供給する。このマイクロ波共振器６９は、管６３を取り囲み、マイクロ波を管６３の壁に通して、管６３内にプラズマ７１を発生させる。マイクロ波は、管６３の内部とガスを約１２００℃〜１４００℃まで加熱し、それゆえ、化学反応を促進し、管６３の内部に固結ガラスを形成させる。ＰＣＶＤ装置は、例えば、米国特許第４８７７９３８号および同第４７１４５８９号の各明細書に教示されている。導入されるドーパントは、図２４に示すように、少なくとも１つのアップドープされたセグメントおよび少なくとも１つのダウンドープされたセグメントを提供するような量で供給される。ＭＣＶＤ法と同様に、任意の適切なモータ４９が管６３を回転させ、任意の適切な移動装置（図示せず）が共振器６９を管６３の長手方向に沿って前後に移動させる（矢印Ｄにより示したように）。

ＧｅＯ₂がドープされたシリカガラス製コア・ケインをゼネラル・エレクトリックＧＥ−０９８ガラス管内に配置して、アセンブリを形成した。コア・ケインは９．８ｍｍの外径を有した。ガラス管は、２５ｍｍの外径と２１ｍｍの内径を有した。アルカリ金属化合物チャンバを、アセンブリを構成するガラス管の第１の端部に形成した。このチャンバに約５０ｇのＫＢｒを充填した。アセンブリは、移動可能に、垂直に、従来の線引き炉内に支持した。別の炉を用いて、ＫＢｒチャンバを取り囲み、それを加熱した。ＫＢｒチャンバの炉を用いて、ＫＢｒを約６００℃の温度まで加熱した。線引き炉は約２１００℃の温度まで加熱した。チャンバの下流のアセンブリは、約７ｃｍ／分の降下速度で線引き炉を通過させて、アセンブリをファイヤーポリッシュし、それによって、ガラス表面に付着していたかもしれない汚染物を除去し、ガラス表面を滑らかにした。別記しない限り、プロセスを通じての各戻り通過（最初の出発位置に戻る）は、約２５ｃｍ／分の速度で炉からアセンブリを引き出すことにより行った。

ファイヤーポリッシュ工程が一旦完了したら、ＫＢｒを約１０００℃の温度まで加熱した。線引き炉は、約２０４０℃の温度まで加熱した。ＫＢｒチャンバの下流のアセンブリは、約２．５ｃｍ／分の降下速度で線引き炉を通過させた。ＫＢｒチャンバおよびコア・ケインとガラス管との間のアセンブリの隙間領域を通る搬送ガス流は約１ＳＬＰＭであった。搬送ガスは１００％酸素であった。二回目の通過は、線引き炉の温度を約２０６０℃にして行った。二回目の通過の降下速度は約２．５ｃｍ／分であった。搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭであった。三回目の通過は、線引き炉の温度を約２０８０℃にして行った。搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭであり、降下速度は約２．５ｃｍ／分であった。三回目の通過が完了したら、ＫＢｒチャンバの炉の温度を６００℃まで低下させた。線引き炉の温度を２１００℃まで上昇させ、ＫＢｒチャンバの下流のアセンブリを２．５ｃｍ／分の降下速度で線引き炉に通過させて、アセンブリをコラプスし、コア・ケインとガラス管との間の空間を閉じた。搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭに維持した。最初のコラプス中の降下速度は２．５ｃｍ／分であった。二回目のコラプス通過は、線引き炉の温度を２１００℃に維持して行った。アセンブリの降下速度は約２ｃｍ／分であり、搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭであった。三回目のコラプス通過は、線引き炉の温度を２１００℃に維持して行った。降下速度を２ｃｍ／分に減少させ、搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭに維持した。封止通過は、線引き炉の温度を２１００℃にして行って、アセンブリを確実に適切に封止した。アセンブリの降下速度を約１．５ｃｍ／分に減少させた。搬送ガスの流量は１ＳＬＰＭであった。このように形成されたＫ₂Ｏがドープされた棒を、電子顕微鏡を用いて、Ｋ₂ＯおよびＧｅＯ₂の濃度について、棒の直径に亘り測定した。棒の直径に亘る位置の関数としての棒に含まれたＫ₂Ｏ（９８）およびＧｅＯ₂（１００）の濃度のプロットが図２０に示されている。図２０は、約５質量％のピーク量でＧｅＯ₂がドープされたコア領域を示している。この棒は、コア領域を取り囲む環としてＫ₂Ｏも含有している。Ｋ₂Ｏは、約０．３３質量％のピークである。

従来技術による単一セグメント・プロファイルを示すグラフスート・プリフォームを形成する従来技術のＯＶＤ法を説明する概略図従来技術によるスート・プリフォームおよび固結済みコア・ブランクの部分断面側面図従来技術によるスート・プリフォームおよび固結済みコア・ブランクの部分断面側面図従来技術によるコア・ケイン線引き炉の部分断面側面図従来技術によるコア・ケイン・セグメントの断面側面図従来技術による固結炉内のプリフォームの部分断面側面図従来技術による光ファイバ線引き装置の部分断面側面図本発明による、コア・ケインのスリーブ中への組立てプロセスを示す斜視図本発明のある実施の形態による、コア・ケイン・セグメントとスリーブのアセンブリのアルカリ金属蒸気への露出を示す断面側面図本発明によるアルカリ金属蒸気を供給するための装置の断面図本発明のある実施の形態により、クラッド管をマルチセグメント型コア・ケイン・プリフォーム上にコラプスする工程を示す部分断面図本発明による、コア・ケインを製造するためのコア・ケイン線引きアセンブリの部分断面側面図本発明のある実施の形態による、コア・ケインにシリカ・クラッドを形成するためのアセンブリの部分断面図本発明のある実施の形態による、ある長さのコア・ケインのシリカ・クラッド中への組立てを示す斜視図本発明のある実施の形態による固結されているスート・プリフォームの断面図本発明のある実施の形態による固結済みプリフォームの断面側面図本発明のある実施の形態による、クラッド管をマルチセグメント型コア・ケイン・プリフォーム上にコラプスする工程を示す部分断面図本発明のある実施の形態による固結済みプリフォームの実施の形態の斜視図図１９の固結済みプリフォームの相対屈折率プロファイルのグラフガラス管内に追加のガラス層を形成してスリーブ管を形成するＭＣＶＤ法を説明する概略図管の内面に堆積されたアップドープされたおよび／またはダウンドープされたガラスの多層を有するスリーブ管の斜視図ガラス管内に追加のガラス層を形成してスリーブ管を形成するＰＣＶＤ法を説明する概略図多数のコア・セグメントを有する光ファイバの相対屈折率プロファイルのグラフ

符号の説明

２０シリカ含有スート
２２マンドレル
２４スート・プリフォーム
２６ガラス前駆体
２８火炎
３０バーナ
３２固結炉
３４固結済みコア・ブランク
３８コア・ケイン
４０コア・ケイン・セグメント
４２，６８制御装置
４４非接触センサ
５６線引き炉
５８光ファイバ
７６ガラス・スリーブ管

Claims

光ファイバ・プリフォームを製造する方法であって、
光ファイバ・プリフォームの一部を構成する第１のガラス管中に第１のガラス棒を挿入する工程、
前記第１のガラス棒および前記第１のガラス管を加熱する工程、および
前記第１のガラス棒と前記第１のガラス管との間に、酸素を含む搬送ガスおよびアルカリ金属蒸気を流す工程であって、前記アルカリ金属蒸気が、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｒｂ、およびそれらの組合せからなる群より選択されるアルカリ金属を含む工程、
を有してなることを特徴とする方法。
前記第１のガラス棒上に前記第１のガラス管をコラプスして、第２のガラス棒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。
前記第２のガラス棒が、約０．０１質量％より大きいピークアルカリ金属酸化物濃度を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
前記第２のガラス棒上に追加のガラスを形成して、光ファイバ・プリフォームを形成する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。
前記光ファイバ・プリフォームを光ファイバに線引きする工程をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
前記挿入工程の前に、前記第１のガラス管の内面に追加のガラス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。