JP2011526879A5

JP2011526879A5 - 曲げに強い光ファイバーを形成するための方法

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Publication number: JP2011526879A5
Application number: JP2011517093A
Authority: JP
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2029-07-01

Description

本発明は、曲げに強い光ファイバーであって、該光ファイバーが、屈折率ｎ_Kを有するコアゾーン、屈折率ｎ_Mを有しコアゾーンを被覆するクラッディングゾーン、並びに、フッ素でドーピングされた石英ガラスから成りかつ屈折率ｎ_Fを有していてクラッディングゾーンを取り囲むリングゾーンを備えており、ｎ_F＜ｎ_M＜ｎ_Kの式が成り立っている形式のものに関する。

更に、本発明は、曲げに強い光ファイバーの形成のための方法であって、光ファイバーは屈折率ｎ_Kを有するコアゾーン、屈折率ｎ_Mを有していて前記コアゾーンを被覆するクラッディングゾーン、並びに、フッ素でドーピングされた石英ガラスから成りかつ屈折率ｎ_Fを有していて前記クラッディングゾーンを取り囲むリングゾーンを備えており、この場合、ｎ _F ＜ｎ _M ＜ｎ _K の式が成り立っていて、石英ガラス製のプレフォーム若しくは、石英ガラス製の構成部分から成る同軸形の積層体の伸長加工により行う形式のものに関する。

光ファイバー内をガイドされる光信号の減衰は、ファイバーの曲がりに左右される。小さい曲げ半径は、光の高い減衰作用を発生させる。信号ロスは、曲げに強い光ファイバーを使用することにより減少される。この種のファイバーは、既に以前より知られていて、家屋までの光回線の敷設（fiber-to-the-home）のために注目されるようになっている。使用に際しては、スペース上の制約や美観的な要求に基づき、特に小さい曲げ半径が望まれている。

曲げに強いファイバーにおいて、曲げ特性の改良は、主として、コアと、より外側に位置する屈折率の小さいクラッディング層によるクラッディング（外装又は被覆）との間の屈折率の差異の増大につながる。より外側に位置するクラッディング層は、利点として、コア近傍のクラッディング層に比べて、ファイバー内を導かれる光のモード場に極めてわずかな影響しか及ぼさず、従って、標準の単一モード・ファイバーへの適合性を向上させるものである。

適合性向上のために、米国特許第４６４１９１７号明細書には、冒頭に述べた形式の曲げに強い光ファイバーが開示されており、該光ファイバーは、石英ガラスから成る屈折率分布を有する単一モード・ファイバーとして形成されており、該単一モード・ファイバーは、１つのコアと、該コアを中心として同軸的に延びる３つのクラッディングガラスゾーンとを有しており、これらのクラッディングガラスゾーンのうちの、コアに隣接の内側のクラッディングガラスゾーン及びリングゾーンとも称される外側のクラッディングガラスゾーンは、フッ素のドーピングにより屈折率が減少されている。該ファイバーの製造は、標準的なＭＣＶＤ法（Modified Chemical Vapor Deposition）を用いて行われている。該方法において、サブストレートチューブの内壁には、往復運動可能な外部の加熱バーナーの作用下で、所望の屈折率分布に対応してドーピングされた石英ガラス層が、順次にデポジットされる。ＭＣＶＤ法の改良形態であるＦＣＶＤ法（Furnace Chemical Vapor Deposition）においては、加熱区域は、加熱バーナーを用いてではなく、電気ヒーターを用いて形成される。内側被覆されたサブストレートチューブは、プレフォームにコラプス加工され、該プレフォームから光ファイバーが伸長成形される。

プラズマ式外側デポジションプロセスにおいて、誘導接続式のプラズマバーナーが用いられ、プラズマバーナー内に素材を供給して、プラズマバーナー内でフッ素含有のＳｉＯ₂粒子を生成し、該ＳｉＯ₂粒子が、長手方向軸線を中心として回転するサブストレートボディー上にデポジットされ、かつ同工程で直接に焼結される。光ファイバー用の石英ガラスを製造するこの方法は、ＰＯＤ法（Plasma Outside Deposition）の名称で一般的に知られている。曲げに強い光ファイバーの製造にＰＯＤ法を用いることにより、複数の利点が得られる。

前記形態において、リングゾーン層も外周層も１つのＰＯＤ法により形成される。これによって同一の設備が活用され、付加的な装置の準備並びに取り換え若しくは装備替えが不要になっている。このことは、製造を簡単にし、かつ廃品の発生率を減少させ、ひいては、曲げに強い光ファイバーの製造コストを節減することになる。該形態は、リングゾーン層と外周層との間の境界面の品質を向上させるものである。

伸長加工により成形されたコアプレフォームの全長は、該コアプレフォームの素材であるマザーコアプレフォームの長さの複数倍になっている。得られたコアプレフォームは、次いで追加的なクラッディング材料を用いて被覆されて、曲げに強い光ファイバーに更に加工される。追加的なクラッディング材料による被覆は、コアプレフォームに石英ガラス製の円筒を被せ嵌めることによって、若しくは、ＳｉＯ₂物質を用いた外周被覆によって、或いは、公知のロッド・イン・チューブ・プロセス（rod-in-tube process）によって行われ、コアプレフォームは、１つ若しくは複数の石英ガラスチューブから成る石英ガラス・構成部分によって取り囲まれ、つまり、石英ガラス・構成部分とコアプレフォームとは同軸に配置され、石英ガラス・構成部分とコアプレフォームとから成る同軸の複合体は、プレフォームに伸長加工され、或いは直接に光ファイバーに伸長加工される。

曲げに強い光ファイバーのための半製品としての石英ガラスチューブにおいて、前記課題を解決するために、本発明の構成によれば、石英ガラスチューブは、石英ガラスから成る内周層、フッ素でドーピングされた石英ガラスから成っていて内周層を取り囲むリングゾーン層、及び、リングゾーン層を取り囲む外周層を有しており、リングゾーンの石英ガラスは、非ドーピングの石英ガラスに対して、ナトリウムランプのＤ線をベースとしてｎ_F≦1.4519の屈折率を有し、かつ重量比5 ppmよりも小さい平均的なヒドロキシル基含有率を有している。

本発明に係る曲げに強い光ファイバーは、前に詳細に説明してある方法により製造可能であり、このために、リングゾーンの石英ガラスは、プラズマ式外側デポジションプロセスを用いて生成される。これにより、ファイバーは、従来達成されなかった複数の特性を有している。

上記構成により、１２５μｍの外径を有する曲げに強い単一モード・光ファイバーが伸長成形され、該光ファイバーは、フッ素濃度の高いリングゾーンにより特徴づけられ、該リングゾーンは、コアゾーンの外側領域に対して、ｒ_F／ｒ_K比２．８６により表される優れた距離を有しており、ｒ_Fはファイバーのリングゾーンの内周円半径であり、ｒ_Kはファイバーのコアゾーンの外周円半径である。

コアロッドは、非ドーピングの石英ガラスから成るジャケットチューブを用いて被覆され、次いで、このようにして成形されたプレフォームから、外径１２５μｍの曲げに強い単一モードの光ファイバーが伸長成形され、該光ファイバーは、リングゾーンにおける高いフッ素濃度及びコア領域に対する大きな距離を有しており、該距離は、ｒ_F／ｒ_K比で表され、ｒ_F／ｒ_K比２．６であり、ファイバーにおいて、ｒ_Fはリングゾーンの内周円半径であり、ｒ_Kはコアゾーンの外周円半径である。

コアプレフォームは、ロッド・イン・チューブ・プロセスにより、非ドーピングの石英ガラスである別の材料で被覆され、同時に、既に前に述べてあるように、光ファイバーに伸長加工される。このような方法により、外径１２５μｍの曲げに強い単一モードの光ファイバーが得られ、該光ファイバーは、リングゾーンにおける高いフッ素濃度及びコアゾーンの外側領域に対する大きな距離を有しており、該距離は、ｒ_F／ｒ_K比で表され、ｒ_F／ｒ_K比４．５であり、ｒ_Fはファイバー内のリングゾーンの内周円半径であり、ｒ_Kはファイバーのコアゾーンの外周円半径である。

Claims

曲げに強い光ファイバーを形成するための方法であって、前記光ファイバーは屈折率ｎ_Kを有するコアゾーン、屈折率ｎ_Mを有していて前記コアゾーンを被覆するクラッディングゾーン、並びに、フッ素でドーピングされた石英ガラスから成りかつ屈折率ｎ_Fを有していて前記クラッディングゾーンを取り囲むリングゾーンを備えており、この場合、ｎ _F ＜ｎ _M ＜ｎ _K の式が成り立っていて、石英ガラス製のプレフォーム若しくは、石英ガラス製の構成部分から成る同軸形の積層体の伸長加工により行う形式のものにおいて、前記リングゾーン（２１′）の石英ガラスは、プラズマ式外側デポジションプロセスにより生成され、これによって、サブストレートボディー（３）上に、フッ素でドーピングされた石英ガラスから成り少なくとも１ｍｍの層厚さを有しかつナトリウムランプのＤ線をベースとしてｎ_F≦1.4519の屈折率を有するリングゾーン層（２１）が形成され、前記リングゾーン層（２１）はサブストレートボディー（３）に形成され、該サブストレートボディーは、石英ガラスから成るマザーチューブ（２４）の形で供給され、該マザーチューブは、少なくとも７０ｍｍの外径を有しており、前記リングゾーン層（２１）を備えた前記マザーチューブ（２４）は、ゾーンチューブ（２５）に伸長加工されることを特徴とする、光ファイバーの形成のための方法。
少なくとも１０ｍｍの層厚さを有する前記リングゾーン層（２１）が形成される請求項１に記載の方法。
前記リングゾーン層（２１）は、該リングゾーン層（２１）の石英ガラスの粘度よりも大きな粘度の石英ガラスから成る外周層（２３）によって被覆される請求項１又は２に記載の方法。
前記外周層（２３）は、プラズマ式外側デポジションプロセスを用いて前記リングゾーン層（２１）上に形成される請求項３に記載の方法。
前記リングゾーン層（２１）はサブストレートボディー（３）に形成され、該サブストレートボディーは、石英ガラスから成るマザーチューブ（２４）の形で供給され、該マザーチューブは、少なくとも９０ｍｍの外径を有している請求項１に記載の方法。
前記マザーチューブ（２４）の石英ガラスの少なくとも一部分は、ＳｉＯ₂スートデポジションプロセスにより生成され、該ＳｉＯ₂スートデポジションプロセスは、ＳｉＯ₂スートボディーの形成を伴うＳｉＯ₂粒子のデポジション、フッ素による前記ＳｉＯ₂スートボディーのドーピング、及び前記ＳｉＯ₂スートボディーのガラス化を含んでおり、これにより、石英ガラスは、非ドーピングの石英ガラスに対して0.007よりも小さくなる屈折率減少を達成するフッ素ドーピングを有するようになっている請求項１に記載の方法。
前記ゾーンチューブ（２５）は、フッ素でドーピングされた中間層を含み、かつ少なくとも２５ｍｍの外径を有している請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
前記ゾーンチューブ（２５）は、フッ素でドーピングされた中間層を含み、かつ少なくとも３０ｍｍの外径を有している請求項７記載の方法。
前記ゾーンチューブ（２５）は、ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法若しくはＦＣＶＤ法においてサブストレートチューブとして使用されて、内周被覆を備える請求項１に記載の方法。
前記ゾーンチューブ（２５）は、ロッド・イン・チューブ・プロセスにおいて、コアロッドの被覆のためのクラッディングチューブとして使用されて、プレフォーム若しくは光ファイバーに伸長加工され、前記コアロッドは、１つのコア領域、及び、該コア領域を包囲する少なくとも１つのクラッディング領域を含んでおり、前記コア領域は外周円半径ｒ_Kを有し、かつ前記リングゾーン層は内周円半径ｒ_Fを有しており、ｒ_F／ｒ_K比は、２．５よりも大きくなっている請求項１に記載の方法。
前記ｒ _F ／ｒ _K 比は、２．８よりも大きくなっている、請求項１０記載の方法。