JP2010526749A - アルカリ金属酸化物を含む光ファイバー - Google Patents

アルカリ金属酸化物を含む光ファイバー Download PDF

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Abstract

Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、及びこれらの組合せから成る群から選択されるアルカリ金属酸化物を平均濃度約１０〜１００００重量ｐｐｍ含有する石英系コアと、このコアを接触包囲するクラッドであって、屈折率が残りの領域より低い領域を有するクラッドとを有して成る光ファイバー。コア及びクラッドにおけるアルカリ金属酸化物の濃度を適切に選択することにより、ケーブル・カットオフが１４００ｎｍ未満、１５５０ｎｍにおける波長分散が約１３〜１９ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ、及び零分散波長が約１３２４ｎｍ未満の低損失光ファイバーを得ることができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は２００７年５月７日付け、米国特許仮出願番号６０/９２８,０５２の利益および優先権を主張するものであり、前記引用により前記出願の内容がすべてそのまま本出願に組み込まれたものとする。
本発明はアルカリ金属酸化物をドープした光ファイバーとその製造方法及び装置に関するものである。
減衰というのは光ファイバーを制約する主要な特性である。例えば、光ファイバーの損失は光ファイバー増幅器間の限界距離を設定する上で重要である。このことは、光ファイバー増幅器がシステムの信頼性の主要因であるのみならずシステム・コストの大きな部分を占める海底用途等、長距離及び超長距離ネットワークにとって特に重要である。そのため、減衰を抑制した光ファイバーの開発に多大な商業的関心が寄せられている。
本発明の広義の態様によれば、石英系コア及びクラッドを有して成る光ファイバーが開示される。前記コアは平均濃度約１０〜１００００重量ｐｐｍのＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、及びこれらの組合せから成る群から選択されるアルカリ金属酸化物を含んでいる。前記コアを囲む前記クラッドは、該コアより低い屈折率デルタ％を有する少なくとも第１環状領域及び該第１環状領域より低い屈折率デルタ％を有する第２環状領域を有し成ることが好ましい。また、第２環状領域はランダムに分布した空隙、フッ素、又はその両方を含んで成ることが好ましい。本明細書においては、孔と空隙とは同一意味で使用される。第２環状領域は前記コアから（第１環状領域により）少なくとも５μｍ離間していることが好ましく、少なくとも１０μｍ離間していることがより好ましい。また、第２環状領域は、該領域より高い屈折率デルタを有する第３環状クラッドに囲まれて成ることが好ましい。第２環状領域は、前記コアより少なくとも０．１デルタ％、より好ましくは少なくとも０．２デルタ％低い屈折率デルタを有すると共に、第１及び第３環状領域より低い屈折率デルタを有して成ることが好ましい。好ましい実施の形態によっては、前記コアにおけるアルカリ金属の濃度が約５０〜１０００ｐｐｍである。前記第２環状領域が複数のランダムに分布した空隙を有する実施の形態においては、空隙の平均直径が約２０００ｎｍ未満であることが好ましい。
好ましい実施の形態において、前記コアは基本的にゲルマニウムを含んでいないことが好ましく、全く含んでいないことがより好ましい。この様にして、前記コアに直接隣接していることが好ましい第１環状領域にフッ素をドープすることにより、前記コアの屈折率が周囲の領域に対し正になる。第２環状領域をランダムに分布した空隙、フッ素、又はその両方を含んで成るよう形成することが好ましい。好ましい実施の形態において、前記クラッドがフッ素ドープ石英から成る第３環状領域を構成し、第３環状領域が第２環状領域を囲んでいる。本発明の１つの態様によれば、中心線から半径Ｒ１に広がるガラスコア、前記コアを接触包囲するガラス・クラッドであって、（ｉ）半径Ｒ１から半径Ｒ２に広がり、放射幅Ｗ２＝Ｒ２−Ｒ１を有する第１環状領域、（ｉｉ）前記半径Ｒ２から半径Ｒ３に広がり、放射幅Ｗ３＝Ｒ３−Ｒ２を有する第２環状領域、及び（ｉｉｉ）前記半径Ｒ３から最外ガラス半径Ｒ４に広がる第３環状領域を有して成る光ファイバーが提供される。前記コアが第３環状領域に対し最大相対屈折率、Δ１ＭＡＸ、を有し、０．２％＜Δ１ＭＡＸ＜０．６％であることが好ましい。第１環状クラッド領域の屈折率デルタ|Δ２（ｒ）|が、|Δ２（ｒ）|＜０．０５％であることが好ましい。第２環状領域が第３環状領域に対し最小相対屈折率、Δ３ＭＩＮ、を有し、Δ３ＭＩＮ＜−０．１％であることが好ましく、Δ３ＭＩＮ＜−０．３％であることがより好ましい。即ち、本実施の形態においては、Δ１ＭＡＸ＞Δ２ＭＡＸ＞Δ３ＭＩＮ及びΔ１ＭＡＸ＞Δ２ＭＩＮ＞Δ３ＭＩＮである。本実施の形態のコアとクラッドとによりケーブル・カットオフが１５００ｎｍ未満、１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、並びに１５５０ｎｍにおける有効面積が７２μｍ２超、好ましくは７５μｍ２超、更に好ましくは８５μｍ２超、最も好ましくは９５μｍ２超の光ファイバーが提供される。第２環状領域はフッ素ドープ石英ガラス、ランダムに分布した空隙を有する石英ガラス、あるいはフッ素ドープ石英ガラスであってランダムに分布した空隙を有するものから成ることができる。
また、第２環状領域はランダムに分布した空（真空）またはガスを充填した複数の閉孔を有する石英ガラスから成ることができ、前記閉孔により光が内部に反射されコアに沿って導波される。前記孔には窒素とヘリウムの混合ガスを充填することが好ましい。このような孔により、例えば純石英と比較して有効屈折率を低くすることができる。第２環状領域２０は、本明細書において以下に規定するプロファイル体積積Ｖ３を有している。
Figure 2010526749
Δ１ＭＡＸ＜０．６％、Δ２ＭＩＮ＞−０．０５％、Δ２ＭＡＸ＜０．０５％、Δ３ＭＩＮ＜−０．１％、より好ましくは−０．２５％未満、並びに第２環状領域の最大プロファイル体積の絶対値|Ｖ３|が２０％-μｍ２であることが好ましい。また、Δ３ＭＩＮ＜−０．４５％であることがより好ましく、場合によりΔ３ＭＩＮ≦−０．７％とすることができる。
一部の実施の形態においては、２０％-μｍ２＜|Ｖ３|＜８０％-μｍ２。別の実施の形態においては、３０％-μｍ２＜|Ｖ３|＜７０％-μｍ２であり、更に別の実施の形態においては、４０％-μｍ２＜|Ｖ３|＜６０％-μｍ２である。
ある場合には、０．２％＜Δ１ＭＡＸ＜０．６％であることが好ましく、別の場合には、０．２０％＜Δ１ＭＡＸ＜０．４０％であることが好ましい。
一部の実施の形態においては、Ｗ３＞１．０μｍであり、別の実施の形態においては、１．０＜Ｗ３＜１０．０μｍであり、更に別の実施の形態においては、Ｗ３＜８．０μｍであり、また２．０＜Ｗ３＜４．０μｍである実施の形態もある。
断面積とパーセントで示すデルタＶ３ｍｉｎの絶対値との積（単位：％-μｍ２）である第２環状領域のプロファイル体積を適切に選択することにより曲げ損失を改善することができる。第２環状領域のプロファイル体積は実際のファイバー・カットオフ波長およびケーブル・カットオフ波長に影響を与える。ケーブル・カットオフ波長を１５００ｎｍ未満とするためには、第２環状領域のプロファイル体積の絶対値である|Ｖ３|を８０％-μｍ２未満とする必要がある。
本明細書に開示したファイバーの設計値を使用することにより、ケーブル・カットオフが１３００ｎｍ未満、より好ましくは１２６０ｎｍ未満、１５５０ｎｍにおける波長分散が約１３〜１９ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ、より好ましくは１４〜１８ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ、零分散波長が約１４２０ｎｍ未満、より好ましくは約１３５０ｎｍ未満、最も好ましくは約１３２４ｎｍ未満、１３１０ｎｍにける分散スロープが０．０９２ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、より好ましくは約０．０９０ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ以下、及び１５５０ｎｍにける分散スロープが約０．０７ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満のファイバーが可能である。
また、本明細書に開示した光ファイバーは、１５５０ｎｍにおける有効面積が７０μｍ２超、好ましくは７５μｍ２超、更に好ましくは８５μｍ２超、最も好ましくは９５μｍ２超、１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、好ましくは０．１７５ｄＢ/ｋｍ未満、最も好ましくは０．１７ｄＢ/ｋｍ未満の特性を有することができる。また、このようなファイバーは１５５０ｎｍにおける１５ｍｍ曲げ損失が５ｄＢ/巻き未満、２０ｍｍ曲げ損失が１ｄＢ/巻き未満、好ましくは０．５ｄＢ/巻き未満、より好ましくは０．１ｄＢ/巻き未満、及び３０ｍｍ曲げ損失が０．０４ｄＢ/巻き未満の特性を有することができる。
前記コアが平均濃度約５０〜５００重量ｐｐｍ、より好ましくは約１００〜３００重量ｐｐｍのアルカリ金属酸化物を含んでいることが好ましい。前記ファイバー・コアが基本的にゲルマニウムを含んでいないことが好ましく、全く含んでいないことがより好ましい。コアはフッ素を含有することができ、一部の実施の形態において、フッ素の平均濃度がアルカリ金属酸化物の平均濃度より高いことが好ましい。前記光ファイバーのコア及びクラッドは更に塩素を含有することができ、一部の好ましい実施の形態において、前記コアにおける塩素の平均濃度がアルカリ金属酸化物の平均濃度より高いことが好ましい。本明細書において、平均濃度とはコア全体の平均濃度を意味する。従って、例えば、コアの内側半分が３００ｐｐｍのＫ２Ｏを含有し、外側半分が４００ｐｐｍのＫ２Ｏを含有している場合、そのコアのＫ２Ｏの平均濃度は３５０重量ｐｐｍとなる。Ｋ２Ｏは本発明に従ってドープする好ましいアルカリ金属酸化物である。
前記ファイバーのコアは平均濃度約７５０重量ｐｐｍの塩素を含んでいることが好ましい。前記クラッドは石英系クラッドであり、コアを囲み、好ましくは前記コアに直接隣接していることが好ましい。前記クラッドは１００００ｐｐｍを超える量の塩素を含んでいることが好ましい。前記コアは基本的にゲルマニウムを含んでいないことが好ましく、全く含んでいないことがより好ましい。
好ましい実施の形態において、前記ファイバーのコアが１００ｐｐｍ未満の塩素を含有する中心線に沿った第１領域、及び前記第１領域を囲み、１００ｐｐｍを超える塩素を含有する第２コア領域を有している。また、前記第１領域の最大塩素含有量が前記第２領域の最小塩素含有量より多いことが好ましい。
ドーパントとしてゲルマニウムを含まない実施の形態において、コアにおける塩素の平均濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが更に好ましい。前記コアにおけるフッ素の平均濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが更に好ましく、約１５００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。
本明細書に開示したファイバーの設計値を使用することにより、１３１０ｎｍにおける減衰が約０．３０ｄＢ/ｋｍ未満、１５５０ｎｍにおける減衰が約０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、好ましくは約０．１７５ｄＢ/ｋｍ、より好ましくは約０．１７ｄＢ/ｋｍ未満の光ファイバーを製造することができる。
前記光ファイバーのコア及びクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含んでいることが好ましい。前記光ファイバーは少なくとも１つのコア・セグメントを有しているが、このことは重要でなく、多数のコア・セグメントを有することができる。
前記光ファイバー・コアのＯＨ含有量が２０ｐｐｂ未満であることが好ましい。
本発明の更なる特徴および効果は以下の詳細な説明に記載されおり、その一部は当業者にとって明らかであり、また以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付図面を含む本明細書に記載の本発明を実施することにより認識できる。
前記概要説明および以下の詳細な説明は本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明の本質および特徴を理解するための要旨あるいは構成の説明を意図したものである。添付図面は本発明の理解を深めるためのものであり、本明細書の一部を構成するものである。本発明の各種実施の形態が図面に示されており、その説明と共に本発明の原理および動作を説明するものである。可能な限り、同一機能には同一符号が付してある。
本発明によるステップ・インデックス・ファイバーの屈折率プロファイル。 ガラススートの堆積方法を示す図。 ガラス管にアルカリ金属酸化物をドープする方法を示す図。 ガラスロッドの線引き方法を示す図。
本発明は低損失光ファイバー及びその製造方法に関するものである。具体的には、本発明はアルカリ金属酸化物ドーパントをドープした光ファイバー、並びに前記光ファイバー及びその母材の製造方法に関するものである。本明細書において、以下の用語は以下の意味を有する。
−モードフィールド径：下式で表されるシングルモード光ファイバー端面における光電力。
Figure 2010526749
ここで、２ω０はモードフィールド径（従ってω０はモードフィールド半径）、λは光の平均波長、Φは放射パターンの中心に対する角度であり、０°〜９０°の積分が好ましい。モードフィールド径は、例えば、試験手順、ＡＮＳＩ/ＴＩＡ/ＥＩＡ-４５５-１９１-Ａ-２００１に従って測定できる。
−有効面積：は下式で表される面積
Figure 2010526749
ここで、積分限界は０〜∞であり、Ｅは伝搬光の電界である。
ケーブル化カットオフ波長、又は“ケーブル化カットオフ” はケーブル環境において受ける厳しい曲げおよび機械的圧力により、実測ファイバー・カットオフより低くなる。ケーブル化カットオフは、例えば、ＥＩＡ-４５５-１７０、Ｃａｂｌｅ Ｃｕｔｏｆｆ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ、即ち“ＦＯＴＰ−１７０”に記載されている２２ｍ試験により測定できる。本明細書において、ケーブル・カットオフとはＥＩＡ-４５５、ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅに記載の試験による値を意味する。
−相対屈折率Δ：等式Δｉ＝（ｎｉ ２−ｎｃ ２）/２ｎｉ ２で定義される値。ここで、ｎｉは屈折率プロファイル・セグメントｉの最大屈折率であり、ｎｃは外部クラッド層の屈折率である。一般に、相対屈折率はパーセントで表され、本明細書においては、例えば、デルタ・パーセント、あるいは％Δで示される。
−コア：クラッドに対し一段高い屈折率を有する光ファイバー部分であり、送信光電力の大部分が伝搬する部分。コアは１つ以上のセグメントから成っていてよい。それぞれのコア・セグメントは純石英より大きい、等しい、あるいは小さい屈折率を有していてよい。
−ｐｐｍ：別に定めのない限り、重量パーツパーミリオンを意味する。
図１に示すように、好ましい実施の形態において、本明細書に開示した光ファイバーはコアおよびそのコアを囲むクラッドを有していることが好ましい。クラッドはコアを接触包囲していることが好ましい。コアは基本的にゲルマニウムを含んでいないことが好ましく、全く含んでいないことがより好ましい。一部の好ましい実施の形態において、図１、及び階段形状、円形、アルファ形状、あるいは三角形状のような図１の例示プロファイルの変形例に示すように、コアが１つのコア・セグメント、即ち中央コア・セグメント１４から成り、クラッド１６がコアを接触包囲して成り、コアがクラッドに対し正の屈折率Δ１（ｒ）を有している。別の好ましい実施の形態において、コアが中央コア・セグメント、中央コア・セグメントを接触包囲している第１環状コア・セグメント等の多数のコア・セグメントから成り、クラッドが第１環状コア・セグメントを接触包囲して成り、中央コア・セグメントがクラッドに対し負でない、好ましくは正の相対屈折率Δ１％（ｒ）を有し、第１環状コア・セグメントの純石英がクラッドに対し負でない、好ましくは正の相対屈折率Δ２％（ｒ）を有している。
図１の実施の形態において、コア・セグメント１４が光ファイバーの中心から約２〜８μｍ、好ましくは約３〜６μｍ、最も好ましくは３．５〜４．５μｍ広がって成り、クラッド１６が前記コアの外半径から光ファイバーの最外半径に広がっている。図１に示すように、好ましい実施の形態においては、少なくとも屈折率Δ１を有する第１コア領域１４Ａ及びΔ１より小さい屈折率デルタを有するクラッド１６が用いられている。コア・セグメント１４全体の平均屈折率は約０．１％〜０．５％Δであることが好ましく、約０．３％〜０．４％Δであることがより好ましい。領域１４ＡのΔ１の好ましい値は約０．２５〜０．４５％Δであり、約０．３〜０．３５％Δであることがより好ましい。領域１４Ａは光ファイバーの中心線を横断してスロープが連続してもよく、あるいは任意としてコア領域１４はΔ１より大きいΔ０を有する領域１４Ｂを有していてもよい。光ファイバーに沿ってコア領域１４Ｂを設ける場合、コア領域１４Ｂのピーク屈折率Δ０の値は約０．２５〜０．６０％Δであることが好ましく、約０．３６〜０．４６％Δがより好ましく、コア領域１４Ａより高いピーク屈折率を有していることが好ましい。従って、好ましい実施の形態において、コア・セグメント１４はその最外部付近より光ファイバーの中心線に沿って高い屈折率を有している。
前記コアを囲むクラッド１６は、少なくともコア１４より低い屈折率デルタ・パーセンΔ２を有する第１環状領域１８と第１環状領域１８のΔ２より低い屈折率デルタ・パーセンΔ３を有する第２環状領域２０とから成っていることが好ましい。第２環状領域２０はランダムに分布した空隙、フッ素、又はその両方を含んで成ることが好ましい。また、第２環状領域２０は（例えば、第１環状領域１８の幅によって）コアから少なくとも５μｍ、最も好ましくは１０μｍ離隔して成ることが好ましい。更に、第２環状領域２０はΔ４を有し、好ましい実施の形態において、フッ素がドープされガラス・ファイバーの最外周部に広がっていることが好ましい、外部クラッド領域２２に囲まれていることが好ましい。
第２環状領域２０が複数のランダムに分布する空隙を有して成る実施の形態において、前記空隙、即ち、孔は非周期的に配されていることが好ましい。本明細書において“非周期的に配する”あるいは“非周期的分布”とは、断面（例えば、光ファイバーの長手方向の軸に対し垂直な断面）で見たとき、非周期的に配した孔が、孔を含む領域全体にわたりランダム又は非周期的に分布していることを意味する。ファイバーの長さ方向の異なる位置における断面はそれぞれ異なる断面孔パターンを示す、即ち、断面によって孔パターンが異なり、孔の分布及び孔の大きさが一致しない。即ち、空隙あるいは孔は非周期的であり、換言すれば、ファイバー構造体内に周期的に位置していない。これ等の孔は光ファイバーの長さ方向（即ち、長手方向軸）に平行に広げる（伸長する）ことにより、ファイバイの直径方向より軸方向に沿って長くすることができるが、伝送ファイバーの一般的な長さ全体にわたり伸長することはない。
非周期的に配した孔、即ち、空隙を陥凹環状領域２０に使用する場合、９５％超の孔、好ましくはすべての孔が１５５０ｎｍ未満、好ましくは７７５ｎｍ未満、最も好ましくは約３９０ｎｍ未満であるクラッドの平均孔サイズを示すよう形成することが望ましい。同様に、ファイバーの孔の最大径が７０００ｎｍ未満であることが好ましく、２０００ｎｍ未満であることがより好ましく、１５５０ｎｍ未満であることが更に好ましく、７７５ｎｍ未満であることが最も好ましい。一部の実施の形態において、ファイバー断面視、有孔環状領域が１０以上、好ましくは１００以上、更に好ましくは４００以上、最も好ましくは６００以上の孔を有している。実際、本明細書に開示した技術によって、１０μｍ未満、好ましくは７μｍ未満の光ファイバー環状リングに１０００超、更には２０００超の孔を設けることができる。従って、例えば、光ファイバーの特定の好ましい実施の形態において、断面視、最大径が１５５０ｎｍ未満、平均径が７７５ｎｍ未満の１０以上の孔、好ましくは１００以上の孔を設けることができる。一部の実施の形態において、非周期的に配した孔の平均径が５００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ超２００ｎｍ未満である。別の実施の形態において、本明細書に開示したファイバーが１０００未満の孔を有し、更に別の実施の形態において、所定のファイバー垂直断面の孔の合計が１０超５００未満である。ランダムに配した空隙を有する実施の形態において、空隙占有率が約１〜１０パーセントであることが好ましく、１．５〜７．５パーセントであることがより好ましい。本明細書において、“空隙占有率”とは、ファイバー断面視、ランダムに分布する空隙を有する領域（例えば領域２０）における空隙の全面積をその領域の面積で除した割合を意味する。勿論、一部の実施の形態において、ファイバーはこれ等を組み合せた特性を示す。従って、例えば、特定の好ましい実施の形態において、光ファイバーは、断面において、最大径が１５５０ｎｍ未満、平均径が７７５ｎｍの１０超の孔、好ましくは１００超３００未満の孔を示す。一部の実施の形態において、非周期分布孔の平均径が５００ｎｍ未満であり、好ましくは３００ｎｍ未満であり、更に好ましくは５ｎｍ超２００ｎｍである。孔の数、平均径、最大径、および合計空隙面積割合はすべて、倍率約８００倍の走査型電子顕微鏡及びＩｍａｇｅＰｒｏ（米国、メリーランド州、シルバースプリング所在のＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のような画像解析ソフトを活用することにより算出できる。このようにランダムに分布した空隙には、アルゴン、窒素、クリプトン、二酸化炭素、二酸化硫黄、酸素のような気体を一種以上充填することも、実質的に気体含まない真空とすることもできる。気体の存在の有無に関わらず、有孔領域の屈折率は孔の存在によって低下する。これ等の孔はランダム、即ち、非周期的に配することも周期的に配することもできる。一部の実施の形態において、複数の孔が非周期的に配された複数の孔と周期的に配された複数の孔とから成っている。前記の代わりに、あるいは前記に加え、有孔領域のガラスを（例えば、フッ素により）ダウンドープするか一方又は両方の包囲領域を（例えば、酸化ゲルマニウムにより）アップドープすることにより、前記陥凹屈折率領域を設けることができる。
領域２０は圧密ガラスブランク材に気体を閉じ込めるのに有効な母材圧密条件を用いる方法により圧密ガラス光ファイバー母材に空隙を形成することにより作製できる。空隙を除去するのではなく、前記母材を使用して空隙、即ち、孔を有する光ファイバーを形成する。本明細書において、孔の直径とは光ファイバーをその中心軸を横断する垂直断面で見たとき、終端が石英内部表面に配され孔を画成する最も長い線分を意味する。光ファイバーにおける微細構造領域の利用及び/又は形成方法の詳細は、米国特許出願番号１１/５８３，０９８（出願日２００６年１０月１８日）、米国仮出願番号６０/８１７，８６３(出願日２００６年６月３０日)、６０/８１７，７２１（出願日２００６年６月３０日）、６０/８４１，４５８（出願日２００６年８月３１日）、６０/８４１，４９０（出願日２００６年８月３１日）、及び６０/８７９，１６４（出願日２００７年１月８日）に記載されている。前記出願はすべてコーニング社に譲渡されたものであり、前記引用によりすべて本出願に組み込まれたものとする。
本明細書に開示した光ファイバーはコア及び/又はクラッドの屈折率を調整するための酸化ゲルマニウム又はフッ素を含有していてもいなくてもよいが、環状領域２０にはこれ等のドーパントは使用されず、代わりに孔（及び、孔に配される一種または複数種の気体）を使用して光がコアに沿って導波されるよう調整することができる。環状領域２０がランダムに分布した空隙を有している場合、この領域は非ドープ（ゲルマニウム又はフッ素不使用）石英から成ることができ、ドーパントの使用を完全に避けることがでると共に有孔領域の屈折率を低下させることができる。あるいは、環状領域２０は、例えば、複数の孔を有するフッ素ドープ石英のようにランダムに分布した空隙及びドープ石英の両方から成ることもできる。
コア領域は、平均濃度約１０〜１０００重量ｐｐｍのＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、及びこれらの組合せから成る群から選択されるアルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏが最も好ましい）を含んでいることが好ましい。また、前記コアは塩素及びフッ素を含んでいることが好ましい。更に、前記コアは基本的にゲルマニウムを含んでいないことが好ましく、全く含んでいないことがより好ましい。前記コアにおけるフッ素濃度がアルカリ金属酸化物の平均値より高いことが好ましく、塩素の平均値がアルカリ金属酸化物の平均値より高いことが好ましい。前記ファイバーは前記コアを囲む、あるいは一部の実施の形態においては接触包囲する、フッ素をドープした石英系クラッド（例えば、環状領域１８及び２２）を有していることが好ましい。前記第２環状領域が前記第１環状領域より少なくとも０．１デルタ・パーセント、好ましくは少なくとも０．２デルタ・パーセント低い屈折率デルタを示すことが好ましい。また前記第２環状領域の屈折率デルタが前記第１および第３領域の屈折率デルタより低いことが好ましい。
一部の好ましい実施の形態において、前記コア領域がコアの中心線に沿って（約１μｍに広がる）好ましくは塩素濃度がコアの外部領域（即ち、約１μｍから約４μｍに広がる領域）より低い第１中央コア領域を有している。特に、前記中央コア領域の平均塩素濃度が１００ｐｐｍ未満であることが好ましく、５０ｐｐｍ未満であることがより好ましい。また、前記第１領域を囲む前記第２即ち外部コア領域の平均塩素濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが更に好ましく、１５００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。前記コア領域のピーク塩素濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが更に好ましく、１５００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。
前記中央コア領域における平均フッ素濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。同様に、前記第１領域を囲む前記第２即ち外部コア領域の平均フッ素濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。
コア領域全体の平均フッ素濃度が５００ｐｐｍ超であることが好ましく、７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ超であることが最も好ましく、５０００ｐｐｍ未満であることが好ましく、４０００ｐｐｍ未満であることがより好ましい。特に重要ではないが、本実施の形態において、第２コア領域のピーク塩素濃度が前記第２領域のピーク塩素濃度より高い。前記コア領域の平均塩素濃度及び平均フッ素濃度が約５００ｐｐｍ超であることが好ましく、約７５０ｐｐｍ超であることがより好ましく、約１０００ｐｐｍ超であることが最も好ましい。
一部の好ましい実施の形態において、本明細書に開示した光ファイバーが１つのコア・セグメント、即ち中央コア・セグメント１４とこの中央コア・セグメントを接触包囲するクラッド１６とから成り、このクラッドが純石英に対し負の屈折率を有し、前記コアがフッ素、並びにピーク濃度が２０〜７００ｐｐｍ、より好ましくは５０〜５００ｐｐｍ、更に好ましくは１００〜４００ｐｐｍである、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、及びこれらの組合せから成る群から選択されるアルカリ金属酸化物を含んでいる。
前記ファイバーのコア領域１４Ａが（クラッドに対し）０．２〜０．５％、好ましくは０．３〜０．４％のピーク相対屈折率デルタ、ΔＭＡＸを有している。前記光ファイバーは９０重量％超、好ましくは９５重量％以上のＳｉＯ２を含んでいる。
図１の実施の形態において、ファイバーがクラッド１６に囲まれた１つのコア・セグメント１４を有している。アルカリ金属酸化物濃度が半径に応じて変化することが好ましい。前記アルカリ金属酸化物濃度がファイバーの中心線から少なくとも半径の特定の部分まで、半径に比例して低下することが好ましい。図１に示すように、前記ファイバーのコア領域１４は一般に階段形状を成すが、円形、アルファ形状、あるいは三角形状を成すこともできる。
本発明の実施の形態において、図１に示すような光ファイバーの屈折率プロファイルを調整することにより、零分散波長λ０が１４２０ｎｍ未満、好ましくは１３５０ｎｍ未満、より好ましくは１３２４未満、最も好ましくは約１２８０ｎｍ〜１３２４ｎｍ、１３１０ｎｍにおける分散スロープが約０．０９ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、１５５０ｎｍにおける分散スロープが約０．０７ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、好ましくは約０．０６５ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、最も好ましくは約０．０６ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、及び１５５０ｎｍにおける総分散量が約１３〜１９ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ、好ましくは約１４〜１８ｐｓ/ｎｍ/ｋｍのシングルモード・ファイバーが得られる。しかし、別の屈折率プロファイルを用いて同様の特性を得ることもできる。前記光ファイバーのケーブル・カットオフ波長が約１３００ｎｍ未満であることが好ましく、約１２６０ｎｍ未満であることがより好ましい。また、前記光ファイバーの１５５０ｎｍにおける有効面積が約７０μｍ２超であることが好ましく、約７５μｍ２超であることがより好ましい。前記光ファイバーのコア径が約３μｍ超であることが好ましく、約３μｍ〜５μｍであることがより好ましく、１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が約９．５μｍ超であることが好ましく、約１０μｍ〜１１μｍであることがより好ましい。本発明に従ってアルカリ金属酸化物を含めることにより、１３１０ｎｍにおける減衰が約０．３ｄＢ/ｋｍ未満、１５５０ｎｍにおける減衰が約０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、より好ましくは０．１７５ｄＢ/ｋｍ未満、最も好ましくは０．１７ｄＢ/ｋｍ未満の光ファイバーを製造することができる。本発明の好ましい実施の形態において、例えば、実施例９〜１２に示すように、１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、より好ましくは０．１７ｄＢ/ｋｍ未満、１５５０ｎｍにおける分散/減衰が８０ｐｓ/ｎｍ/ｄＢ超、より好ましくは９０ｐｓ/ｎｍ/ｄＢ超の光ファイバーがもたらされる。一部の好ましい実施の形態において、１５５０ｎｍにおける分散/減衰が約８０〜１１０ｐｓ/ｎｍ/ｄＢであり、より好ましくは８０〜１００ｐｓ/ｎｍ/ｄＢである。これ等の実施の形態において、ファイバーの分散が１８ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ未満であることが好ましく、１７ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ未満であることがより好ましい。本明細書に開示した光ファイバーの２０ｍｍ径曲げ損失が１ｄＢ/巻き未満、より好ましくは０．５ｄＢ/巻き未満、最も好ましくは０．２５ｄＢ/巻き未満である。
本発明による光ファイバーの実施例を表１に示す。表１の各実施例において、第２環状クラッド領域２０にランダム空隙を設けることにより、クラッド領域１８及び２２と比較して顕著なダウンドープ効果を得ている。領域２０は平均径が２００ｎｍであるランダムに分散した空隙を有する石英ガラスから成っている。表１は本発明による各種実施例における、内部コア領域１４Ｂの最大屈折率Δ１、コア・セグメント１４の平均屈折率Δ１（デルタ平均）、コア領域１４の半径Ｒ１、第１環状クラッド領域１８の屈折率Δ２、第１環状クラッド領域１８の外半径、第２環状クラッド領域２０の幅、及び空隙占有率を示している。すべての実施例において、コアはゲルマニウムを含まず、クラッドの領域１８及び２２はフッ素ドープ石英から成り、領域２０はランダムに分布した空隙を有している。従って、個々のセグメントの屈折率デルタは外部フッ素ドープ・クラッド領域２２に対して算出されたものである。また、表１は各実施例の１３１０ｎｍにおける分散及び分散スロープ、零分散波長、１５５０ｎｍにおける分散および分散スロープ、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける有効面積、ケーブル・カットオフ波長、及び１５５０ｎｍにおける減衰も示している。
Figure 2010526749
光ファイバーのコア及びクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含んでいることが好ましい。前記アルカリ金属酸化物はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、又はＲｂの酸化物、あるいはこれらの酸化物の組合せであることが好ましく、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、又はこれらの組合せであることがより好ましく、Ｋ２Ｏであることが最も好ましい。アルカリ金属酸化物はコアにおいてピーク濃度を示すことが好ましい。アルカリ金属酸化物濃度が光ファイバーの半径を横断して放射状に変化することができ、場合により、ファイバーの中心線から少なくとも半径の特定の部分まで半径に比例して低下することができる。
表１から分かるように、一連の好ましい実施の形態において、環状領域２０の内半径は約１２〜１８μｍであり、特にコアから約８〜１４μｍ、好ましくは９〜１２μｍ離間している。表１に示す一連の実施の形態において、１５５０ｎｍにおける有効面積は７５μｍ２超、より好ましくは９０μｍ２超、最も好ましくは９５μｍ２超である。また、これ等の実施例においては、幅が約５〜１０μｍ、好ましくは約６〜９μｍの領域２０を採用している。第２の一連の好ましい実施の形態において、環状リング領域２０はコアから少なくとも１０μｍ、好ましくは１２μｍ、より好ましくは１５μｍ離間している。これ等の実施の形態における領域２０の幅は約２〜８μｍであることが好ましく、約３〜６μｍであることがより好ましい。第２の一連の好ましい実施の形態においては、１５５０ｎｍにおいて更に大きな有効面積が得られる、即ち、８０μｍ２超、好ましくは１００μｍ２超、多くの場合１２０μｍ２超の有効面積が得られる。ここに開示したすべてのファイバーの２０ｍｍ径曲げ損失は１ｄＢ/巻き未満、好ましくは０．５ｄＢ/巻き未満、より好ましくは０．２５ｄＢ/巻きである。
本発明によるファイバーの別の実施例を表２に示す。表２の各実施例において、第２環状クラッド領域２０に空隙を設けずフッ素をドープすることによりクラッド領域１８及び２２と比較して顕著なダウンドープ効果を得ている。表２は内部コア・セグメント１４Ｂの最大屈折率Δ１、コア・セグメント１４の平均屈折率Δ１（デルタ平均）、コア領域１４の半径Ｒ１、第１環状クラッド領域１８の屈折率Δ２、第１環状クラッド領域１８の外半径、第２環状クラッド領域２０の幅、第２環状クラッド領域２０外半径Ｒ３、及び第２環状クラッド領域２０の屈折率Δ３を示している。すべての実施例において、コアはゲルマニウムを含まず、クラッドの領域１８、２０、及び２２はフッ素ドープ石英から成りランダムに分布した空隙を設けていない。従って、個々のセグメントの屈折率デルタは外部フッ素ドープ・クラッド領域２２に対して算出されたものである。また、表２は各実施例の１３１０ｎｍにおける分散及び分散スロープ、零分散波長、１５５０ｎｍにおける分散および分散スロープ、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける有効面積、ケーブル・カットオフ波長、及び１５５０ｎｍにおける減衰も示している。
Figure 2010526749
表２から分かるように、実施の形態により、環状領域２０の内半径は約１２〜１８μｍであり、特にコアから約８〜１４μｍ、好ましくは９〜１２μｍ離間している。これらの実施の形態において、１５５０ｎｍにおける有効面積は７５μｍ２超、より好ましくは９０μｍ２超、最も好ましくは９５μｍ２超である。これ等の実施例においては、幅が約５〜１０μｍ、好ましくは約６〜９μｍの領域２０を採用している。第２の一連の好ましい実施の形態において、環状リング領域２０はコアから少なくとも１０μｍ、好ましくは１２μｍ、より好ましくは１５μｍ離間している。これ等の実施の形態における領域２０の幅は約２〜８μｍであることが好ましく、約３〜６μｍであることがより好ましい。第２の一連の好ましい実施の形態においては、１５５０ｎｍにおいて更に大きな有効面積が得られる、即ち、８０μｍ２超、好ましくは１００μｍ２超、多くの場合１２０μｍ２超の有効面積が得られる。本明細書に開示したすべてのファイバーの２０ｍｍ径曲げ損失は１ｄＢ/巻き未満、好ましくは０．５ｄＢ/巻き未満、より好ましくは０．２５ｄＢ/巻きである。表２に開示したファイバーの屈折率デルタは−０．１パーセント未満、好ましくは−０．１５パーセント未満、最も好ましくは−０．２パーセント未満である。また、これ等のファイバーは、プロファイル体積の絶対値|Ｖ３|が２０％-μｍ２超、好ましくは３０％-μｍ２超、実施の形態によっては４０％-μｍ２超の第２環状クラッド領域２０を採用している。
本発明によるファイバーの更に別の実施例２１〜２９を表３に示す。表３の各実施例において、第１及び外部クラッド領域２２にフッ素をドープし、第２環状クラッド領域２０にフッ素ドープを施すと共に/又はランダムに分布した空隙を設けることにより、クラッド領域１８又は２２と比較して領域２０に顕著なダウンドープ効果を得ている。表３はコア・セグメント１４の平均屈折率Δ１（デルタ平均）、コア領域１４の半径Ｒ１、第１環状クラッド領域１８の屈折率Δ２及び外部クラッド領域２２の屈折率Δ４（表３の実施例において、両者は実質的に等しい）、コア・セグメントのアルファ（好ましい実施の形態において、アルファは１超、好ましくは４超である）、第１環状クラッド領域１８の外半径Ｒ２、第２環状領域２０の外半径Ｒ３、第２環状領域２０のプロファイル体積Ｖ３、及びコア/クラッド比（Ｒ１/Ｒ２）を示している。すべての実施例において、コアはゲルマニウム及びアルカリ金属酸化物を含んでいない。個々のセグメントの屈折率デルタは外部フッ素ドープ・クラッド領域２２に対して算出されたものである。実施例２１〜２５の領域２０はフッ素を含み空隙を有していない。また、表３は１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径、１５５０ｎｍにおける有効面積、１３１０ｎｍにおける分散及び分散スロープ、零分散波長、１５５０ｎｍにおける分散及び分散スロープ、１５５０ｎｍにおける減衰、ケーブル・カットオフ波長、ＬＰ１１カットオフ波長、１０ｍｍ曲げ損失、１５ｍｍ曲げ損失、及び２０ｍｍ曲げ損失も示している。
Figure 2010526749
表３から分かるように、実施の形態により、環状領域２０がコアから約８〜１４μｍ、好ましくは９〜１３μｍ、一部の実施の形態において９〜１２μｍ離間している。これらの実施の形態において、１５５０ｎｍにおける有効面積は約７０μｍ２超、より好ましくは９０μｍ２超、一部の実施の形態において９５μｍ２超である。これ等の実施例においては、幅が約４〜１０μｍ、好ましくは約６〜９μｍの領域２０を採用している。ここに開示したすべてのファイバーの２０ｍｍ径曲げ損失は１ｄＢ/巻き未満、好ましくは０．５ｄＢ/巻き未満、より好ましくは０．２５ｄＢ/巻きである。表３に開示した光ファイバーは有効屈折率デルタ（平均空隙径２００ｎｍの空隙を有する石英ガラス領域）が１パーセント未満の第２環状領域２０を有し、実施例２６〜２９における第２環状領域２０の有効屈折率デルタは−１．２０パーセントである。また、これ等のファイバーは、プロファイル体積の絶対値|Ｖ３|が２０％-μｍ２超、好ましくは３０％-μｍ２超、一部の実施の形態おいて４０％-μｍ２超、別の実施の形態おいて６０％-μｍ２超、８０％-μｍ２超、あるいは１００％-μｍ２超の第２環状クラッド領域を有している。アルカリ金属酸化物は線引き処理の段階において都合よく拡散制御できる。所定の方法によって線引き条件を変えることにより、母材全体に所望の濃度プロファイルでアルカリ金属酸化物ドーパントを分布させることができることが分かった。アルカリ金属酸化物ドーパントは半径に対して比較的直線的に拡散させることが好ましい。アルカリ金属酸化物ドーパントの拡散はドープが行われるガラスの温度及びその持続時間にある程度依存するので、これ等の要素が線引き処理におけるアルカリ金属酸化物ドーパントの拡散を制御する上で重要な役割を果たす。線引き処理において、光ファイバー母材（及び母材から線引きされる光ファイバー）が晒される温度及びその時間は線引き速度、線引き（加熱炉）温度、及び光ファイバーの張力を変えることによって制御される。例えば、線引き速度を上昇させると光ファイバー母材の特定の部分が線引き炉内に存在する時間が減少し、アルカリ金属酸化物ドーパントが光ファイバー母材内、従って線引きされた光ファイバー内に拡散する距離が短くなる。これにより、クラッドに拡散するアルカリ金属酸化物ドーパントの量が減少し、光ファイバーのコアにおけるアルカリ金属酸化物の濃度の方が高くなる。逆に、線引き速度を低下させると、炉内存在時間が増大する。従って、アルカリ金属酸化物が光ファイバーのクラッドの奥まで拡散することにより、コアのアルカリ金属酸化物濃度が低下する。同様に、加熱炉の温度を上昇させると、アルカリ金属酸化物の拡散速度が上昇することによりアルカリ金属酸化物濃度が低下する。それ故、線引き速度及び加熱炉温度を利用することにより拡散、従って、線引きされた光ファイバー内におけるアルカリ金属酸化物の分布を効果的に制御できる。
従来の外付けプロセスを示す図２において、スートバーナー１５６によって石英スート１６２の多層膜が心棒１４４に堆積されることによりスート母材１６０が形成される。次に、形成されたスート母材１６０は通常の塩素による乾燥方法によって乾燥される。その後、乾燥処理における塩素の大部分又は全部が除去される時間及び温度において、フッ素含有化合物（例えば、ＳｉＦ４）が存在する雰囲気にスート母材を晒すことにより、スート母材にフッ素がドープされる。前記母材はガラスが高いフッ素レベルでドープされないよう約１１００℃未満の温度でフッ素含有雰囲気に晒される（フッ素スイープ）ことが好ましい。フッ素レベルは、例えば、０．１〜０．４重量％のように低いレベルであることが好ましい。その結果、フッ素（及び潜在塩素）がドープされたスート管が固化される。
次に、固化されたガラス管にアルカリがドープされる。例えば、図３において、まず、ガラス管１０６は旋盤１０１（例えば、ガラス加工旋盤又は従来の改良型化学気相成長（ＭＣＶＤ）ガラス形成旋盤）のチャックに固定される。環状であることが好ましいアルカリ金属源化合物１１０を入れるための貯蔵タンク１０８が２つの首形状を成す環状歪曲体１１２を火炎加工又は溶接によって管１０６の壁に設けることにより管１０６の一端の近傍に形成されている。別の種類の貯蔵タンクも可能である。首形状を成す環状歪曲体１１２は互いに約２ｃｍ離間していることが好ましい。アルカリ金属の結晶化を防止するため、管１０６及び管内部に沈着される任意の付加ガラスが基本的に塩素を含んでいないことが好ましい。本明細書において、“基本的に塩素を含んでいない”とは、塩素含有量が充分に低くアルカリ塩化物の結晶化による光損失が回避できることを意味する。そのために、塩素含有量は約５００重量ｐｐｍ未満であることが好ましく、約１００重量ｐｐｍ未満であることがより好ましく、約５０重量ｐｐｍ未満であることが最も好ましい。また、石英ガラス管１０６及びその内部に堆積される任意の付加ガラスが基本的に“水分”を含んでいてはならない。本明細書において、“水分”とは水酸基ＯＨを意味する。水分が約１３８３ｎｍにおける吸収ピークの原因となり、その吸収ピークが光ファイバーの動作波長域に及ぶことがある。この吸収ピークがファイバーの減衰に悪影響を及ぼす。従って、ガラスのＯＨ含有量をできるだけ小さくして、ウォータピークとも呼ばれる吸収ピークを小さくすることが好ましい。ガラス管１０６のＯＨ含有量が約１００重量ｐｐｍ未満であることが好ましく、２０重量ｐｐｍ未満であることがより好ましい。石英ガラス管の製造中、従来の塩素による乾燥方法によりアルカリ金属酸化物ドーパントを拡散する前の当初ガラス品が基本的に水分を含まないようにすることができる。
図３において、アルカリ源化合物１１０が管１０６の貯蔵タンク１０８に導入され、熱源１１４によって加熱され、管１０６が回転するにつれ気化する。酸素又はキャリアガスが回転シール１１８を介して管１０６の注入口１１４から流入され、アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流にある管１０６の部分１２０が加熱されることにより、管１０６の内表面１２２へのアルカリ金属酸化物の拡散が促進される。管１０６は別のガラスロッドのような母材成分が内部に挿入されていなことが好ましい。アルカリ金属酸化物が内表面１２２へ急速に拡散されガラスの失透が防止される充分な温度でアルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流にある管１０６の部分１２０を加熱する必要がある。熱源１２４によりアルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流にある管１０６の部分１２０を約１５００℃に加熱することが好ましく、約１５００℃〜２０００℃に加熱することがより好ましい。熱源１２４を管１０６の部分１２０の長手方向に沿って移動させることが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、及びＲｂから成る群から選択される元素を含んでいることが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０は臭化物、ヨウ化物、又はフッ化物であることが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０がＫＢｒ、ＫＩ、又はＫＮＯ３であることが最も好ましい。管１０６が崩壊する前に、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、又はこれらの組合せ）が管１０６の内拡散表面１２２から約１００μｍ〜５００μｍ拡散されることにより、アルカリ酸化物ドープガラス管が形成されることが好ましい。特に、拡散したアルカリ金属酸化物ドーパントの濃度（重量％）が半径方向に変化することが好ましい。図３の拡大図に示すように、ガラス品（例えば、管１０６）は内側半部分１０７表面において濃度が最も高く、外側半部分１０９において低くなるようドープされることが好ましい。内側半部分と外側半部分との境界は管１０６の１/２半径厚さ位置（点線１１１）である。例えば、外側半部分１０９におけるアルカリ・ドーパントのピーク濃度が内側半部分１０７のピーク濃度（重量％）の５０％未満となるよう拡散されることが好ましい。
拡散処理に続き、当技術分野で周知の従来の方法（又は本明細書に記載の乾燥方法）により更に加熱して管１０６を部分崩壊させることにより、アルカリ金属酸化物が失われる可能性がある内表面積を小さくする共にアルカリ金属酸化物が拡散されたガラス層を厚くする。次に、熱源１２４により石英ガラス管１０６を加熱してアルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流にある管１０６を崩壊させることによりアルカリ金属酸化物ドープ固形ガラスロッド１３２を形成する。例えば、適切な熱源（例えば、トーチ）により加熱する等当技術分野で周知の従来の方法により管１０６を崩壊させることができる。次に、アルカリ金属源化合物貯蔵タンク１０８を含むガラス部分からアルカリ金属酸化物ドープ固形ガラスロッド１３２が切り離される。
崩壊したアルカリ・ドープ棒１３２のアルカリ金属酸化物の濃度が（管１０６と同様に）半径方向に変化すると共に、内側半部分１０７に対応する部分においてアルカリ・ドーパントのピーク濃度（重量％）が最も高く、外側半部分１０９に対応する部分において低いピーク濃度を示すことが好ましい。アルカリ・ドーパントのピーク濃度がガラスロッドの中央にあり、１/２半径位置における濃度がピーク濃度の５０％未満であることが最も好ましく、２５％未満であることがより好ましい。
ドープガラスロッド１３２を再線引き炉１３６内において加熱して細径ガラスロット１４４に線引きすることができる。その線引き処理を図４に示す。前記崩壊処理によって得られたアルカリドープ・ガラスロッド１３２にガラスハンドル１３０が取り付けられ、従来の再線引き炉１３６の上部において移動式ダンウフィード支持体１３４に取り付けられる。アルカリドープ・ガラスロッド１３２の下端に取り付け可能な犠牲ガラスロッド１３８がモータ駆動式トラクター１４０によって牽引されることにより、アルカリドープ・ガラスロッド１３２が適切な速度で線引きされる。適切な線引き速度は１５〜２３ｃｍ/分であると判明しており、センサー１４２によって検知された径によって制御される。線引き処理によって得られた細径ガラスロッド１４４の外径（ｄ１）は３ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、６ｍｍ未満であることがより好ましい。光ファイバー線引き時における細径ガラスロッド１４４のピークＫ２Ｏ濃度は、アルカリ・ドーパントの顕著な移動を補正するため、光ファイバーのコアにおける所望のピークＫ２Ｏ濃度の約５倍〜１０倍であることが好ましい。例えば、光ファイバーのコアにおける所望ピークＫ２Ｏ濃度が０．４重量％であるとき、細径ガラスロッド１４４のピークＫ２Ｏ濃度が約２重量％〜４重量％であることが好ましい。特に、アルカリドープ・ロッドの径を非常に小さくするとロッド中の遷移金属不純物がその悪影響が抑制されるファイバーの中心線付近に集中するため有益である。ドープ・クラッドに大量の材料が付加された場合、ファイバーにおけるピーク濃度は細径ガラスロッドにおけるピーク濃度の１/１００に低下することもある。
例えば、図４の細径アルカリドープ・ガラスロッド１４４を当初ロッドとして用い、図２のＯＶＤ法によりオーバークラッドとして多孔質ガラススート１６２を更に堆積することができる。追加のスート堆積を行う前に、アルカリドープ・ガラスロッド１４４にガラスハンドルを取り付け、形成される母材の一体部分とすることができる。このハンドルにより、堆積処理により得られた石英ガラス母材を後の処理段階において支持することができる。ハンドルを取り付けたガラスロッド１４４を回転しバーナーに対し平行移動する旋盤に取り付けることができる。次に、バーナー１５６に対し数回ガラスロッド１４４を移動させることにより石英スートを含む多くの層により外部スート被膜を形成することにより、複合スート母材が形成される。回転しているガラスロッド１４４に沿ってバーナー１５６を移動させるかあるいはバーナー１５６とガラスロッド１４４とを互いに平行移動させることによっても前記平行移動運動が得られる。外部スート被膜は純石英であることが好ましい複合母材１６０のコアガラスの少なくとも一部を形成する。このスート被膜の濃度は０．３５ｇ/ｃｃ超であることが好ましく、０．３５ｇ/ｃｃ〜０．５ｇ/ｃｃであることがより好ましい。次に、複合母材１６０を炉内において約１０００℃の温度で加熱する間に塩素含有ガスに晒すことにより乾燥される。次に、複合母材１６０にフッ素がドープされる。フッ素ドープ処理において、スートがフッ素ドープされるのに適した温度（例えば、約１０００℃）において、フッ素を含有するガスに晒すことにより母材にフッ素がドープされることが好ましい。このようにして、光ファイバーの外部コア領域が形成される。しかし、フッ素ドープ処理は比較的少量のフッ素（例えば、０．１〜０．４重量％）をドープするのに必要な時間だけ行われる。次に、母材１６０が適切な固化温度で加熱固化される。次に、この結果得られた透明ガラスコア母材を再度線引きして第２コアロッド、即ち、線引きされるファイバーのコアの少なくとも一部を有するガラスロッドを形成することができる。次に、例えば、ガラス管（ガラス管又はスート管）スリーブの第２コアロッドへの取付け、例えば、化学気相法によるガラススートの堆積、スリーブの取付けと化学気相法の両方、あるいは当技術分野で周知の別の方法により、ガラス追加処理を施すことにより光ファイバーを線引きできる状態にある完全な光ファイバー母材を形成することができる。追加されるガラスはコアガラス、クラッドガラス、あるいはコアガラスとクラッドガラスの両方であってよい。また、幾つかの追加堆積処理ステップにより追加ガラスを所望の厚さにすることができる。この場合、各堆積処理ステップ終了後、スートの乾燥、フッ素ドープ、固化、及び細径ロッドへの再線引きが行われる。コアに隣接するクラッドであることが好ましい環状クラッド領域１８及び環状クラッド領域２２は、ダウンドープされた光ファイバーのクラッド領域を形成するためのフッ素を用いたフラッド・ドーピング（米国特許第４，６２９，４８５明細書参照）により充分ダウンドープされた石英であることが好ましい。前記ドーピングはコアとクラッドとの間に、例えば、０．２％超、より好ましくは０．３０％〜０．４０％の相対屈折率デルタ％を得るのに充分であることが好ましい。特に、モート石英（ファイバーのクラッドに対応する付加ガラス）が堆積により第２ロッドに付加される各追加ステップにおいて、モート石英にフッ素がドープされる。まず塩素含有ガスに晒すことによりモートスートが乾燥され、次に１２２５℃の温度で６０〜１２０分間フッ素含有ガス（例えば、ＳｉＦ４又はＣＦ４）に晒し、好ましくはフッ素含有ガス存在下において、７〜１０ｍｍ/分の速度で（１４５０〜１５００℃の）ホットゾーンに通すことにより固化される。この母材を再度線引きすることにより第３ロッドを形成することができ、これ等のステップ、即ち、堆積、乾燥、フッ素ドープ、及び固化ステップを繰り返すことにより、適切な径の最終母材が得られる。領域２０はフッ素ドープ技術を用いても形成できるが、別の好ましい方法として、強いダウンドーパントとして機能するランダムに分布した空隙が形成される前記固化技術によって形成できる。完全な光ファイバー母材が製造された後、その母材をアルカリ金属酸化物ドープ光ファイバーに線引きすることができる。
本明細書に開示したすべての実施の形態において、光ファイバーがクラッドの最外径を接触包囲する一次被膜及び一次被膜を接触包囲する二次被膜を有して成ることが好ましい。
本発明の精神および範囲を逸脱せずに、各種改良および変更が可能であることは当業者にとって明白である。従って、本発明は添付の特許請求の範囲およびその均等物に属する限りにおいて、かかる改良および変更を包含するものである。
１４Ａ 第１コア領域
１４Ｂ 内部コア領域
１４ コア領域
１８ 第１環状クラッド領域
２０ 第２環状クラッド領域
２２ 外部環状クラッド領域
１０６ ガラス管
１０８ 貯蔵タンク
１１０ アルカリ金属源化合物
１１２ 環状歪曲体
１３０ ガラスハンドル
１３２ アルカリドープ・ガラスロッド
１３６ 再線引き炉
１４４ 細径ガラスロッド
１５６ バーナー
１６０ スート母材

Claims (10)

  1. Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、及びこれらの組合せからなる群から選択されるアルカリ金属酸化物を平均濃度約１０〜１００００重量ｐｐｍ含有する石英系コアと、
    前記コアを囲む石英系クラッドであって、ランダムに分布した空隙、フッ素、又はその両方を含み、屈折率デルタが残りの領域より低く、前記コアから離間した少なくとも１つの環状領域を有して成るクラッドと
    を有して成ることを特徴とする光ファイバー。
  2. 前記環状領域が前記コアから少なくとも５マイクロメートル離間していることを特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
  3. 前記コアが基本的にゲルマニウムを含んでいないことを特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
  4. ケーブル・カットオフが１２６０ｎｍ未満、零分散波長が１３５０ｎｍ未満、１３１０ｎｍにおける分散スロープが０．０９ｐｓ/ｎｍ２/ｋｍ未満、１５５０ｎｍにおける減衰が０．１８ｄＢ/ｋｍ未満、及び１５５０ｎｍにおける有効面積が７０μｍ２超であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
  5. １５５０ｎｍにおける２０ｍｍマクロベンド損失が１ｄＢ/巻き未満であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバー。
  6. １５５０ｎｍにおける有効面積が９０μｍ２超であり、減衰が０．１７ｄＢ/ｋｍ未満であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバー。
  7. 前記環状領域が前記コアから少なくとも１０マイクロメートル離間していることを特徴とする請求項６記載の光ファイバー。
  8. 前記クラッドが、フッ素ドープ石英から成る第１環状領域と、ランダムに分布した空隙を有する、前記１環状領域を囲む第２環状領域とを含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
  9. 前記クラッドの第１環状領域が５００ｐｐｍを超える量のフッ素ドープ石英から成り、前記１環状領域を囲む前記第２環状領域がランダムに分布した空隙を有して成ることを特徴とする請求項８記載の光ファイバー。
  10. 前記クラッドが、フッ素ドープ石英から成り前記第２環状領域を囲む第３環状領域を有して成ることを特徴とする請求項８記載の光ファイバー。
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