JP2015525732A - Ｐｄｏクラッドガラス層を備える光学プリフォームの製造法 - Google Patents

Abstract

光学プリフォームを製造するためのプラズマ堆積法が形成される。この光学プリフォームは、高いフッ素ドーパントで非円形の内側横断面を有するクラッドガラス層と、軸方向および半径方向で規定された、最も簡単な場合にはできるだけ均一なドーパント分布により優れている。このためには、二段階の方法が提案される。まず、存在する充填面にフッ素公称濃度値を有する石英ガラスから成るＰＯＤ充填層を堆積させ、丸く研削することにより、非円形の横断面を有する基体を円形の横断面を有するコーティングされた基体へと変更し、さらに第２の方法ステップで、フッ素ドープされた石英ガラスから成る、横断面で円環状のＰＯＤカバーガラス層を堆積する。

Description

本発明は、プラズマトーチを用いてＳｉＯ_２粒子をフッ素の存在下で形成することによって、フッ素ドープされた石英ガラスから成るＰＯＤクラッドガラス層を有する光学的なプリフォームを製造する方法に関する。ＳｉＯ_２粒子は、長手方向軸線を有するシリンダ状の基体のシリンダ外周面に堆積され、直接にガラス化される。この場合、基体は、その長手方向軸線の方向で見て非円形の横断面を有しており、この非円形の横断面では、外接円の支点の間に、曲率を有しないか、または外接円の曲率とは異なる曲率を有する少なくとも１つの表面区分が延びている。

この光学的なプリフォームは、直接に光ファイバとして引き延ばされるか、ファイバ製造のためのロッド状または管状の一次加工品（Vorprodukt）として働く。半径方向では、この光学プリフォームは、クラッドガラス層のフッ素ドーピングの関与下で決定される屈折率の不均一の変化を有している。

円形から逸脱した横断面は、光学的な構成部材において、光ガイドの変更を生ぜしめ、特にこれにより光モード（いわゆるヘリクスモード）が阻止されかつ変更され、このことはレーザ用途においてレーザ活性のコアへのポンプ光の効果的な入力を可能にする。

先行技術
プリフォームを製造するための通常のＰＯＤ法（プラズマ外付け法）は、たとえば欧州特許出願公開第１９９７７８３号明細書に記載されている。この場合、石英ガラスから成るコアロッドのシリンダ外周面に、フッ素ドープされた石英ガラスから成るクラッドガラス層が形成される。このような層は、本明細書中において以下で「ＰＯＤクラッドガラス層」と呼ばれる。ＰＯＤクラッドガラス層を形成するために、プラズマトーチにケイ素化合物、酸素およびフッ素化合物が供給される。この場合、プラズマトーチは、長手方向軸線を中心として回転しているコアロッドに沿って往復するように運動される。プラズマ火炎内における原料の反応により、フッ素ドープされたＳｉＯ_２が形成される。フッ素ドープされたＳｉＯ_２は、コアガラス上に層状に堆積されて、この場合に、フッ素含有のＳｉＯ_２クラッドガラス層を形成しながら直接にガラス化される。

コアロッドは、通常半径方向で均一な屈折率プロフィールを有している。コアロッドは、大抵の場合、ドープされていない石英ガラスから成っているが、屈折率を変化させるドーパントを含んでいてもよい。クラッドガラス層のフッ素ドープは、ドープされていない石英ガラスに対して屈折率の低下を生ぜしめ、ひいてはコアロッドとクラッドガラスとの間の屈折率差Δｎを生ぜしめる。強い屈折率低下は、高いフッ素ドープを必要とする。このことは、クラッドガラス層を堆積時に直接にガラス化し、かつこれにより容易に拡散するフッ素が石英ガラス内に封入されることによって達成される。

フッ素ドープの程度はコアロッドの表面温度に依存し、温度が高まるにつれて減少することが知られている。したがって、堆積プロセス中の温度変化は、クラッドガラス層の不均一なドープをもたらし得る。フッ素ドープの程度に対する表面温度の影響は、非円形の横断面を有するコアロッド（および一般的な基体）において顕著である。

この場合、回転式の形成中におけるコアロッド表面とプラズマトーチとの間の種々異なる距離によるにしろ、別の加熱効果によるにしろ、コアロッド表面において温度の方位角による変化が生じる。このことは、フッ素ドープの程度だけではなく、表面に堆積されたＳｉＯ_２粒子の汚染に対しても影響する。

したがって、たとえばＤ字形の横断面を有するコアロッドのコーティング時の表面温度は、平坦部では、湾曲部におけるよりも明らかに低い。したがって、平坦部では、湾曲部におけるよりも多くのフッ素がガラス母材内に取り込まれるので、平坦部に堆積されたフッ素ドープされた石英ガラスは、湾曲部において堆積されたフッ素ドープされた石英ガラスよりも小さな屈折率を有している。したがって、堆積された石英ガラス層の方位角により変化するフッ素含有量もしくはコーティング中に方位角により変化する表面温度に一致する方位角による屈折率変化が生じる。

平坦部の領域における比較的低い温度によって、特に、堆積されたＳｉＯ_２が完全に溶融されず、これにより気泡が形成され得るという恐れが生じる。したがって、表面温度にとって重要な、出力およびガス流のようなＰＯＤプロセスパラメータは、堆積されたＳｉＯ_２粒子の溶融が平坦部の領域でも生じるように、持続的に変更されかつ適合されなければならない。

この理由から独国特許出願公開第１０２００９００４７５６号明細書は、ＰＯＤ堆積法は、円筒幾何学形状からのずれを有する基体、特に矩形の横断面を有するロッドには適していないと結論付けている。なぜならば、この基体の、長手方向軸線を中心とした回転時にプラズマトーチと基体表面との間の距離は絶えず強く変化するので、種々の堆積条件および堆積温度が生じて、これはＰＯＤクラッドガラス層の不均一な堆積を引き起こすからである。

この問題の打開策は、溶かし付け技術（Ｕｅｂｅｒｆａｎｇｔｅｃｈｎｉｋ）に見られる。この場合、有利には、フッ素ドープされた石英ガラスから予め製造されたクラッドガラス管が、心棒に予備コラプスされ、これによりクラッドガラス管の内径が、溶かし付けようとするコアロッドの矩形の形状にすでに適合されており、溶かし付け時に、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲の予め規定されたギャップ量範囲が維持され得る。矩形に予備コラプスされたクラッドガラス管のコラプス時に、１５．９×５．８ｍｍの寸法を有するコアロッドと、フッ素ドープされたクラッドガラス管との間のギャップ内に真空が形成されるので、軟化されたクラッドガラスは半径方向でも方位角な方向にも流れる。

クラッドガラス層を形成するための堆積技術と、溶かし付け技術との組合せは、付加的な多数の方法ステップを要求し、時間およびコストを消耗する。さらに、コアロッドと、コロプスされたクラッド管との間の界面の同一に保たれた高い品質を保証することは困難である。

さらに米国特許登録第４８５９２２３号明細書から光学的なプリフォームの製造が知られている。この場合、ゲルマニウムまたはフッ素でドープされた石英ガラスから成る、非円形の基体に同様にフッ素ドープされたクラッドガラススート層がＶＡＤ法（気相軸付け法）またはＯＣＶＤ法（外付け化学蒸着法）により堆積され、次いで焼結される。基体は、「ダブルのＤ字形」であり、つまり互いに反対の側に位置する平坦な２つの面と、僅かに凸状に湾曲された２つの面とを有している。スート層は、非円形の基体を円形の横断面を有するシリンダ形内に覆う。焼結時に、クラッド層は、多かれ少なかれ基体の形状に適合するので、プリフォームは、ほぼ楕円形の横断面を有しているか、または基体の横断面に対応する「ダブルのＤ字形」を有している。この形状は、平坦な２つの面の研削によりさらに明確に作り出される。

直接ガラス化（ＰＯＤ法：Plasma Outside Deposition プラズマ外付け法）の製造条件は、主にスート堆積および後続のガラス化（ＶＤＡもしくはＯＣＶＤ法）とは、特にクラッドガラス層のフッ素ドープの均一性への基体の表面温度の作用に関して、互いに異なっている。

技術的な課題設定
従来、ＰＯＤ堆積を用いた非円形の基体上にクラッドガラス層の形成する場合には、上述のような、屈折率の方位角による変化が生じる。

ＰＯＤ堆積法は、基体に、高い濃度値のドーパントを有する石英ガラスから成る層を界面における高い品質で被着することに特に良好に適している。したがって、この方法を、非円形の横断面を有する基体にクラッドガラス層の形成のためにも使用できることが望まれる。

したがって、本発明の根底を成す課題は、プリフォームの製造法を提供することにあり、この場合、プリフォームは、高いフッ素ドープで、軸方向かつ半径方向で予め規定された、最も簡単な場合にはできるだけ均質なドーパント分布で非円形の内側横断面を有するクラッドガラス層により優れており、かつ機械的な高い応力の結果としての故障リスクおよび堆積プロセス時の基体の種々異なる表面温度による気泡形成の危険が減じられている。

本発明の概要
本発明の課題は、冒頭で述べた方法を起点として、ＰＯＤクラッドガラス層の形成が、以下の方法ステップを有していることにより解決される。すなわち、
（ａ）外接円の半径と少なくとも同じ大きさである半径を備えた円形の横断面を有する、コーティングされた基体を形成しながら、表面区分に、フッ素の公称濃度値を有する石英ガラスから成るＰＯＤ充填層を形成し、
（ｂ）フッ素ドープされた石英ガラスから成る、横断面が円環状のＰＯＤカバーガラス層を前記コーティングされた基体に堆積させる。

非円形の横断面を有する基体は、少なくとも１つの表面区分を有している。表面区分は、平坦であるか、または外接円の曲率とは異なる曲率を有している。この場合、表面区分の曲率は、外接円の曲率よりも緩やかに、または強く湾曲されているか、その間に表面区分が延びる支点を取り囲んでいる仮想の外接円の曲率とは異なる正負符号を有している。簡単にするためのこの表面区分は、以下では短く「充填面」とも呼ばれる。

本発明に係る方法では、非円形の内側横断面を有するＰＯＤクラッドガラス層の製造が、二段階で行われる。両段階は、ＰＯＤ堆積プロセスを有している。

第１の段階では、充填面上に、ＰＯＤ充填層を形成する。この充填層の特徴は、その化学的な組成および幾何学的な形状にある。充填層は、公称濃度値に一致する所定のフッ素含有量を有する石英ガラスから成っており、基体のために全体的に円形の横断面が生じるまで、充填面を充填している。理想的な場合、この円形の横断面の半径は、複数の支点を取り囲む外接円の半径に正確に一致する。しかし、この半径は、幾らか大きいか、小さくてもよい。

第２の段階では、このように円形にコーティングされた基体に、クラッドガラス層が通常の形式でＰＯＤ堆積プロセスを用いて形成される。この場合、予め形成された基体の丸さに基づいて、コーナにおける温度差の問題が生じないので、円形の横断面を有するクラッドガラスス層における均一なフッ素ドープが容易に達成され得る。

第２の段階で形成された円形のＰＯＤクラッドガラス層のフッ素含有量も、第１の段階で形成されたＰＯＤ充填層のフッ素含有量も、フッ素公称濃度値に一致している場合、非円形の内側横断面と円形の外側横断面とを有する、全体的に均一にドープされた、ＰＯＤ法により形成され、基体に被着された１つのＰＯＤカバーガラス層が生じる。

ＰＯＤ充填層及び円形のＰＯＤカバーガラス層は、共にＰＯＤクラッドガラス層を形成する。カバーガラス層のフッ素濃度値は、固有の要求に適合されていてよい。カバーガラス層のフッ素含有量がフッ素公称濃度値から外れている場合も、これら両層内における均一かつ再現可能に製造可能なフッ素ドープの利点が得られる。

前段階において充填面上にＰＯＤ充填層を形成することは、有利には以下の方法ステップを有している。
（ａａ）表面区分に、フッ素公称濃度値を有する石英ガラスから成るＰＯＤ前駆層を堆積するステップ。
（ｂｂ）円形の横断面を有するコーティングされた基体を形成しながら、ＰＯＤ前駆層の、外接円を超える領域を除去するステップ。

第１のステップでは、既に述べたように、ＰＯＤ堆積プロセスによって、充填面に、公称濃度値のフッ素でドープされた石英ガラス層が形成される。このＰＯＤ前駆層は、基体表面の領域を、外接円に近づくように完全に充填するが、しかし外接円を超えて延びていてもよい。堆積プロセスは、この第１の段階では充填面への堆積に適合されてよく、ＰＯＤ前駆層の品質に合わせて最適化されている、つまり例えば程度およびフッ素濃度値の均質化に合わせて最適化されている。過剰な層領域は後に除去されるので、後に除去すべき領域における均質性および気泡形成を考慮する必要はない。

重要なのは、後続の第２のステップにおいて機械的な除去が可能であるように、支点間のＰＯＤ前駆層が十分に厚いことである。この機械的な除去は、ＰＯＤ前駆層から上述のようにＰＯＤ充填層を生ぜしめ、円形の横断面を有するコーティングされた基体をもたらす。

過剰な層領域の除去は、公知の形式で機械的にフライス加工、研削、研磨等により行われる。この場合、理想的にはＰＯＤ前駆層の、外接円を越える全ての領域が取り除かれる。これによって、充填面にわたって、フッ素公称濃度値を有する石英ガラスから成る領域が形成され、この領域は、支点の間で円弧により画定されている。この円弧の半径は、まさに外接円の半径に一致する。僅かに大きいか、または僅かに小さな半径も許容可能である。曲率が僅かに小さな場合、支点を取り囲む基体の一部は、除去される。

方法ステップ（ａａ）により充填面にＰＯＤ前駆層を堆積するためには、異なる２つの方法の態様が有利であることが判った。

１つの態様では、ＰＯＤ前駆層の堆積時に、基体を長手方向軸線を中心として回転させ、これにより、基体のシリンダ外周面を環状に取り囲んで延びるＰＯＤ前駆層を堆積させることができる。

このように形成されたＰＯＤ前駆層の内側横断面は、基体の外側プロフィールを写し取る。つまり、ＰＯＤ前駆層は、内側横断面は環状ではあるが円環状ではない。この場合に、石英ガラスのフッ素含有量がたとえば外接円の支点の領域において、該支点の領域において比較的高い温度に基づいて、充填面の領域よりも小さいことが考慮される。重要なのは、充填面に堆積した石英ガラスが、公称濃度値のフッ素濃度値を有しており、気泡がないことである。さらに、堆積プロセスは最適化される。第２の方法ステップでは、比較的小さなフッ素濃度値を有する石英ガラス領域が除去されるので、ＰＯＤ充填層だけが支点の間の充填面にわたって残ったままとなる。

別の方法の態様では、ＰＯＤ前駆層が専ら、または大部分で表面区分に堆積される。

この場合、ＳｉＯ_２粒子の堆積およびガラス化は、大部分でまたは専ら、基体の充填面を充填するために行われる。この場合、基体がプラズマ堆積トーチに沿った方向で回転されて、この場合に充填面の領域における回転速度は充填面の外側における回転速度に比べて低くされているか、または基体が、支点の間の充填面の領域が充填されるまで、可逆的に充填面の領域において往復回動されるか、または充填面が、長手方向軸線を中心とした基体の回動なしに、ＰＯＤ堆積物により充填される。複数の充填面が設けられている場合、相前後して各充填面が相応に扱われる。

この方法形態でも、正確に丸い横断面を有するコーティングされた基体を得るために、次いで過剰な材料が除去されなければならない。この方法形態では、最初に述べた方法形態に対して、充填面の意図的な充填が少ない手間および後続の除去における小さな材料損失で可能にされるという利点を有している。

既に言及したように、方法ステップ（ｂｂ）において、ＰＯＤ前駆層の、外接円を超える全ての領域が除去される。

外接円を超える領域は、基体の理想的な円形形状を損なうか、またはこの領域は、公称濃度値を下回るフッ素濃度値を有する石英ガラスから成っている。理想的には、まさにこの過剰な領域が除去されるので、コーティングされた基体が得られ、この基体の外径は、まさに外接円の外径に一致する。

基体は、通常はコアロッド、光ファイバのためのプリフォームまたはドープされた石英ガラスまたはドープされていない石英ガラスから成る基材管である。非円形の横断面は、たとえば、楕円形、多角形、特に正方形、矩形、六角形、八角形または台形、または溝付き、花形、放射形であるか、または一方の側または（有利には反対の側に位置する）複数の側で平坦な面を有しているか、または僅かに内側に向かって（凹状に）湾曲された面または外側に向かって（凸状に）湾曲された面を有しているので、円形形状に対して１つまたは複数の充填面が形成される。円および平坦面を有する実施の形態を呼称するためには、「Ｄ字形」が使用される。このＤ字形から導いて、互いに向かい合う２つまたは４つの平坦面を有する円形横断面は、「ダブルのＤ字形」もしくは「４重のＤ字形」と呼ぶ。

長手方向で見て多角形の横断面を有する基体の使用時に、有利には多角形の全てのコーナは外接円上にある。

このようなコアロッド横断面は、外接円支点の間の表面区分に充填層を形成することを容易にする。

以下に、本発明を実施の形態および図面につき詳しく説明する。

ＰＯＤ法によるプリフォームの製造のための装置を示す概略図である。 正方形のコアを有する光ファイバの半径方向の断面を示す図である。 図２の記載されたスキャン線に沿ったＩＭ−ＦＴＳ屈折率分析のスキャンを示す図である。 ４重Ｄ字形の横断面を有する基体を起点とした本発明に係る方法によるプリフォームの製造の方法ステップを示す図である。 ４重Ｄ字形の横断面を有する基体を起点とした本発明に係る方法によるプリフォームの製造の方法ステップを示す図である。 ４重Ｄ字形の横断面を有する基体を起点とした本発明に係る方法によるプリフォームの製造の方法ステップを示す図である。 本発明に係る方法により得られた光ファイバの横断面を示す図である。 本発明に係る方法により得られた光ファイバの別の横断面を示す図である。 本発明に係る方法により得られた光ファイバのさらに別の横断面を示す図である。 本発明に係る方法により得られた光ファイバのさらに別の横断面を示す図である。

図２は、光ファイバの横断面を示している。ドープされていない石英ガラスから成る、横断面で正方形のファイバコア２１は、フッ素ドープされた石英ガラスから成るファイバクラッド２２により取り囲まれている。ファイバクラッド２２は、正方形の内側横断面と、円形の外周面とを有している。ファイバコア２１の一辺の長さは７５μｍであり、ファイバ直径は１２０μｍである。ファイバクラッド２２のフッ素ドープされた石英ガラスは、従来のＰＯＤ堆積によって正方形のコアロッド上に形成されている。

ファイバは、ＩＭ−ＦＴＳ（干渉顕微鏡＋フーリエ変換分光光度計）を用いて屈折率測定される。この測定は、ファイバクラッド２２における方位角による屈折率変化を示す。屈折率変化が大きいほど、使用されたコアロッドは円形から強く逸脱する。図２には、特徴的な測定のためのスキャン線２３が記入されている。スキャン線２３は、偏心的に１つの辺の中心から、反対の側に位置する、正方形のファイバコア２１のコーナ２５にまで延びている。

スキャン線２３に対するＩＭ−ＦＴＳ測定の結果は、図３に図示されている。ｙ軸には、ドープされていない石英ガラスに対する屈折率差Δｎが記入されており、ｘ軸には、スキャン線２３に沿った位置Ｐがμｍ単位で記入されている。ファイバコア２１の領域では、屈折率差Δｎ＝０である。屈折率プロフィールは、ファイバクラッド２２の平坦な面２４（２２／２４）において堆積された、フッ素ドープされた石英ガラスの屈折率（Δｎ＝１７．３×１０^−３）が、ファイバクラッド２２のコーナ２５の近傍（２２／２５）に堆積された、フッ素ドープされた石英ガラスの屈折率（Δｎ＝１３．８×１０^−３）よりも、著しく低下していることを示している。このことは、コアロッドのコーナ２５の領域における堆積プロセス中の比較的高い表面温度に起因する。

この影響を阻止するために、フッ素ドープされたクラッドガラスは、本発明によれば多段階の堆積プロセスにおいて形成される。この堆積プロセスは、以下で図４〜図６において４重Ｄ字形状の横断面を有するコアロッドのコーティングの例につき詳しく説明する。

図４に示された半径方向の横断面では、ドープされていない石英ガラスから成るコアロッド４１は、４つの丸いコーナ４３を介して結合された、対として互いに反対の側に位置する多かれ少なかれ平坦な４つの面（充填面４２）を有している。横断面は、コアロッドの長手方向軸線を中心とする４回回転対称を示す。全ての角縁部は、コアロッド４１の横断面を取り囲む１つの外接円４８上に位置している。基本的に、外接円とは、コアロッド横断面をできるだけ小さな直径で完全に包括している円であると理解される。

長手方向軸線を中心として回転するコアロッド４１には、通常のＰＯＤ堆積プロセスによって、フッ素ドープされた石英ガラスから成る、環状に延びる閉じられたクラッドガラス層４４が形成される。コーナ４３の領域における堆積中の比較的高い温度は、コーナ４３の領域において、図２および図３につき上記で説明したように、充填面４２の領域に比べて低いフッ素ドープ、ひいては小さな屈折率低下を生ぜしめる。図４には、暗い灰色で、高い屈折率低下を有する、比較的高くフッ素ドープされた領域４５が示され、明るい灰色で減じられたフッ素の取込みおよび小さな屈折率低下を有する領域４６が概略的に示されている。

この場合、ＰＯＤプロセスパラメータは、平坦な面４２に堆積された領域４５において、Δｎ＝１７．３×１０^−３の屈折率低下を生ぜしめるフッ素濃度値が生じるように調節されている。この濃度値はフッ素公称濃度値である。

ＰＯＤ堆積プロセスは、形成されたクラッドガラス層４４の厚さが、フッ素の公称濃度値を有している領域４５において、少なくとも、外接円４８が完全に充填されているような大きさになるまで継続される。言い換えると、堆積プロセスは、コアロッドプロフィルの充填面４２上に、コアロッド４１とその外接円４８との間の領域を完全に充填する量の、フッ素公称濃度値を有するクラッドガラス材料が堆積されると終了する。

第２のステップでは、このようにして得られた中間製品の外側幾何学形状を機械的に丸く研削し、しかも最終直径が、研削後に外接円直径に一致するように研削される。図５は、このようにして得られた半製品５１を横断面で示している。この半製品の横断面は、円形であり、この場合、４重Ｄ字形のコアロッド４１の充填面４２は、フッ素ドープされた石英ガラスから成る弓形部４７で覆われている。この弓形部４７は、最終的なＰＯＤクラッドガラス層の第１の部分を占め、ＰＯＤ充填層を本発明の枠内で形成する。重要なことは、研削後に残っているクラッドガラスの弓形部４７がおおよそフッ素公称濃度値を有している石英ガラスから成っており、クラッドガラスの弓形部４７は、コアロッド４１のプロフィール上で一緒に丸い全体横断面を生ぜしめることである。

丸い全体横断面は、半製品５１がさらにＰＯＤプロセスによりフッ素ドープされた石英ガラス管でコーティングされる第３のステップにおいて、石英ガラスにフッ素を均一に負荷（ドープ）することを達成するための前提条件となる。横断面の丸さに基づいて、堆積プロセスにおいて均一な温度が生じるので、新規に構成された、円形の横断面を有するＰＯＤカバーガラス層４９は方位角的に同一の屈折率を生ぜしめる。クラッドガラス弓形部４７およびカバーガラス層４９の間の境界面は、ＰＯＤ堆積プロセスにおいて通常達成可能であるように良好な品質を有している。

このように形成されたプリフォーム５０は、概略的に図６に示されている。プリフォーム５０は、互いに異なるＰＯＤ堆積プロセスにおいて形成された２つのクラッドガラス領域、つまりＰＯＤ充填層（弓形部４７）と、ＰＯＤカバーガラス層４９とを有している。ＰＯＤカバーガラス層４９の屈折率は、できるだけ正確に弓形部４７のガラスの屈折率に合わせて適合される。このことは、フッ素公称濃度値に相当するフッ素チャージを必要とする。しかし、ＰＯＤカバーガラス層４９の屈折率は、ＰＯＤ充填層４７のガラスに対して相対的に低く調節されるか、または高く調節され得る。この場合、より低いほうが有利である。ドーパント濃度値が同一である場合、界面は認識可能ではない。点状の線は、単に以前あった外接円４８を示すものである。

クラッドガラス層４４およびそれぞれ円環状の横断面を有するＰＯＤカバーガラス層４９の製造に適した装置は図１に概略的に示されている。ＰＯＤカバーガラス層４９を堆積するためには、半製品５１に堆積チャンバ内でＰＯＤ法によりフッ素ドープされた石英ガラスがコーティングされる。半製品５１は、水平方向に向けられた長手方向軸線４で端面側に溶接された保持管５によってガラス回転ベンチ（図示せず）の緊締ジョーに保持される。ガラス回転ベンチにより、半製品５１は、その長手方向軸線４を中心として回転可能であるだけではなく、長手方向軸線４に沿って可逆的に往復運動可能である。

プラズマトーチ６には、原料物質として、ＳｉＣｌ_４と、酸素と、ＳＦ_６とが供給され、これらの原料物質は、プラズマ火炎７内でＳｉＯ_２粒子に変換される。プラズマ火炎７は、石英ガラスから成るバーナ管１０の内部で形成される。このバーナ管１０は、高周波コイルにより取り囲まれている。堆積プロセスの開始時に、バーナ管１０と、半製品５１の長手方向軸線との間で１２０ｍｍの距離が調節される。

長手方向軸線４を中心として回転する半製品５１は、プラズマトーチ６に沿って反転点Ａ，Ｂの間で、方向矢印１４により示されているように可逆的に往復運動させられる。この場合、ＳｉＯ_２粒子は、層状に、横断面で円形のシリンダ外周面に堆積される。堆積された各層は、プラズマ火炎７によって直接にガラス化されてクラッドガラス層４９のフッ素含有の石英ガラスを形成する。

説明された上述の方法の変化形は、第１の方法ステップにおいて、つまりコアロッド４１の充填面４２上へのクラッドガラスのＰＯＤ形成の点で異なっている。この場合、環状に延びる閉じられたクラッドガラス層４４が形成されるのではなく、充填面４２のみがクラッドガラスでコーティングされる。コアロッド４１は、このためには、充填面４２の充填のための各コーティング行程後に、充填されるべき次の充填面４２へとさらに回転される。クラッドガラスの構成は、充填されるべきコアロッド領域が、フッ素公称濃度値を有するフッ素ドープされた石英ガラスで十分に充填されるまで行われる。これにより続き円形研削により、図５に示すような半製品５１を得ることができる。この半製品は、上述のように引き続き加工されてプリフォーム５０を形成する。

均一な屈折率プロフィールを有する非円形のコアロッドおよびＰＯＤクラッドガラス層を有するプリフォームは、多くのファイバ用途のために所望されている。なぜならば、これによりファイバの入力結合および放射特性が改善され、ファイバの開口数（ＮＡ）が方位角的により均一になるからである。円形形状から逸脱した４重Ｄ字形の横断面により、へリックスモードが阻止されかつ変更され、このことはレーザ用途において、レーザ活性のコアへの効果的なポンプ光の入力を可能にする。

図７から図１０には、別の複数の光学プリフォームの横断面が示されている。このプリフォームは、有利には気泡なしに、均一かつ規定されたフッ素ドープをそれぞれ充填層７７，８７，９７，１０７およびカバーガラス層４９において有しており、本発明に係る方法により製造可能である。全ての実施の形態において、ドープされていない石英ガラスから成る非円形の横断面を有するコアおよび６回回転対称体に、上述の二段階の方法によりＰＯＤクラッドガラス層が形成される。このＰＯＤクラッドガラス層は、充填層７７，８７，９７，１０７および該充填層の上に堆積された円形の横断面を有するＰＯＤカバーガラス層４９とから構成されている。図示の複数の実施の形態の間の差異は、各コアの幾何学形状およびコアに属する充填層７７，８７，９７，１０７の幾何学形状およびフッ素含有量のみである。

図７は、コアロッド７１を示している。該コアロッド７１の外周面は、凹状の曲率の丸み付けされた底部を有する浅い長手方向溝を有している。溝の底部の丸みは、コアロッド７１の、長手方向溝の間の凸状に湾曲された表面区分７２と同一の曲率半径（正負符号のみ異なる）を有している。該表面区分７２に外接円４８の支点４３が位置している。充填ガラス層７７は、したがって、横断面で、鋭利な縁部を除いて楕円形状を有している。

図８は、花形の横断面を有するコアロッド８１を示している。コアロッド８１の外周面は溝を備えている。該溝の壁は、凸状の曲率で先端部８３に向かって下方に、つまり半径方向内側に延びている。隣接する溝は、移行部なしに互いに移行し合っているので、先端部８３を除いて、コアロッド８１の全体的な表面は、形成中に、膨出部８２に向かって凸状に湾曲されている。外接円４８の支点４３は、膨出部８２上に位置している。各充填ガラス層８７は、図６から図１０による全ての実施形態においてそうであるように、互いに分離されている。

図９は、図７と類似の横断面プロフィールを有している。コアロッド９１は、この場合、放射状の横断面を有している。このコアロッドは、外周面が、放射先端部９２を起点として、互いに隣接した、凹状の曲率の、丸み付けされた浅い凹所を有している。凹所の丸みは、外接円４８の曲率半径と同一の曲率半径を有している（正負符号のみ異なる）ので、充填ガラス層９７は横断面で楕円形に類似している（鋭利な両縁部を除く）。充填ガラス層９７のフッ素含有量は、この場合、カバーガラス層４９のフッ素含有量よりも少ない。放射先端部９２は、外接円の支点４３を形成する。この支点４３を除いて、コアロッド９１の全表面は凹状に湾曲している。

図１０は、図８と類似の横断面プロフィールを示している。コアロッド１０１は、波状の横断面プロフィールを有している。このコアロッド１０１では、丘状部１０２および谷状部が交互になっている。谷状部は、コアロッド１０１の外周面の長手方向溝により形成されている。長手方向溝は、谷底で凹状の曲率およびさもなければ凸状の曲率を有している。丘状部１０２は、外接円４８の支点４３を形成している。各充填ガラス層１０７は互いに分離している。

Claims (8)

1. プラズマトーチ（６）を用いてフッ素の存在下でＳｉＯ_２粒子を形成し、該ＳｉＯ_２粒子を、長手方向軸線を有するシリンダ状の基体（２）のシリンダ外周面に堆積させ、直接にガラス化することで、フッ素ドープされた石英ガラスから成るＰＯＤクラッドガラス層を有する光学プリフォーム（５０）を製造する方法であって、
   前記基体（２）は、その長手方向軸線（４）の方向で見て、非円形の横断面を有しており、該非円形の横断面では、外接円（４８）の支点の間に、曲率を有しないか、または外接円の曲率とは異なる曲率を有する少なくとも１つの表面区分（４２）が延びている、光学プリフォーム（５０）を製造する方法において、
   ＰＯＤクラッドガラス層の形成が、以下の方法ステップ、すなわち、
   （ａ）前記外接円（４８）の半径と少なくとも同じ大きさである半径を有する円形の横断面を有するコーティングされた基体（５１）を形成しながら、前記表面区分（４２）上に、フッ素公称濃度値を有する石英ガラスから成るＰＯＤ充填層（４７）を形成するステップと、
   （ｂ）フッ素ドープされた石英ガラスから成る、横断面で円環状のＰＯＤカバーガラス層（４９）を、前記コーティングされた基体（５１）に堆積するステップと、
   を有することを特徴とする、フッ素ドープされた石英ガラスから成るＰＯＤクラッドガラス層を有する光学プリフォーム（５０）を製造する方法。
2. 前記方法ステップ（ａ）により前記表面区分（４２）上に前記ＰＯＤ充填層（４７）を形成することが、以下の方法ステップ、すなわち
   （ａａ）前記フッ素公称濃度値を有する石英ガラスから成るＰＯＤ前駆層（４４）を前記表面区分（４２）に堆積するステップと、
   （ｂｂ）円形の横断面を有する前記コーティングされた基体（５１）を形成しながら、前記ＰＯＤ前駆層（４４）の、前記外接円（４８）を越える領域を除去するステップと、
   を有する、請求項１記載の方法。
3. 前記方法ステップ（ａａ）により前記ＰＯＤ前駆層（４４）を堆積する際に、前記基体（２）を、前記長手方向軸線（４）を中心として連続的に回転させ、これにより前記基体（２）の前記シリンダ外周面を環状に取り囲んで延びるＰＯＤ前駆層（４４）を堆積させることができる、請求項２記載の方法。
4. 前記方法ステップ（ａａ）による前記ＰＯＤ前駆層の堆積を、専らまたは主に前記表面区分において行う、請求項２記載の方法。
5. 前記方法ステップ（ｂｂ）において、前記ＰＯＤ前駆層（４４）の、前記外接円（４８）を越える全ての領域を除去する、請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 長手方向軸線（４）の方向で見て多角形、特に正方形、矩形、六角形または八角形の横断面を有する基体（２）を使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記多角形の全てのコーナが前記外接円（４８）上に位置している、請求項６記載の方法。
8. 前記基体（２）は、その長手方向軸線（４）の方向で見て、Ｄ字形の横断面を有する少なくとも１つの領域を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

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