JP3981338B2 - 低損失、高強度光ファイバ伝送線の製造システム及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、光ファイバの接続(splice)に用いられる技術の改良、そして更に特に、低損失、高強度光ファイバ製造のためのシステムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新種類の光ファイバが最近開発され、分散補償ファイバ（Ｄispersion-Ｃompensating Ｆiber：ＤＣＦ）として知られている。これにはスロープが急な負の分散特性を持つ分散補償ファイバが含まれる。ＤＣＦの使用法の一つは、異なった波長で動作する標準単一モードファイバ（Ｓtandard Ｓingle-Ｍode Ｆiber：ＳＳＭＦ）で造られた既設の光ファイバリンクの分散特性を最適化することである。この技術は米国特許出願第09/596,454で開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣＦの重要なパラメータは過剰損失である。この損失は、ＤＣＦをＳＳＭＦの様な他の型のファイバに接続して光ファイバ伝送線を製造した場合に生ずる。大きい負分散を得るために、ＤＣＦは高屈折率の小径コアを使用し、1550nmでモードフィルド径は約5.0μm（ＳＳＭＦのモードフィルド径は1550nmで約10.5μm）である。コア径の違いは、溶着接続技術がＤＣＦをＳＳＭＦに接続するのに使用された場合、重大な信号損失を生じる。接続パラメータを選ぶ事によってＤＣＦのコアを拡散させ、これにより、ＤＣＦコアのモードフィルド径は外側に向かってテーパー状になり、漏斗効果(funneling effect)が起こることで信号損失の量を減らす事が可能となる。しかしながら、典型的のＤＣＦでの高濃度フッ素ドーパントがこの技術の適用を制限する。漏斗効果を出すのに必要な熱の量と加熱時間とが、フッ素ドーパントの好ましくない散乱拡散を発生させるからである。
【０００４】
更に、海底システムの様なある種の応用においては、200kpsi又はそれ以上の接続強度が要求される。従って、低損失、高強度光ファイバ伝送線を製造するために、改良されたシステムと方法が必要になる。
【０００５】
【発明の概要】
本願発明は上述した議論及びその他を、低損失で高強度の光伝送線を製造するシステム及び方法で取り扱う。本発明の一側面に従うと、第１のファイバが第２のファイバと接続点で接続(splice)される。接続されたファイバに熱処理装置で荷重がかけられ、ガストーチ火炎を用いて接続点を含む接続領域を熱処理し、当該熱処理が第１、第２のファイバ間の接続損失を減少させる。接続領域を加熱するとともに、熱処理プロセスの間にトーチ火炎の周りに乾燥ガスを通し(purged)、接続されたファイバの表面の水分を避ける。更に本発明の別の側面に従うと、トーチ火炎に除去ガスを供給して、火炎からの微粒粉を除去し、熱処理の完了後、トーチ火炎を使用して接続されたファイバのガラス表面を修復する。更なる本発明の側面において、低損失、高強度光ファイバ伝送線を製造するトーチ装置を提供する。
【０００６】
本願発明の更なる機能と優位性は、以下の開示及び付随する図面を参照することによって明らかとなる。
【０００７】
【発明の詳細な記述】
本発明は、分散補償ファイバ（Ｄispersion-Ｃompensating Ｆiver：ＤＣＦ）の様な逆分散ファイバ（Ｉnverse Ｄispersion Ｆiber：ＩＤＦ）、及び標準単一モードファイバ（Ｓtandard Ｓingle Ｍode Ｆiber：ＳＳＭＦ）の様な第２の型のファイバからなる、低損失、高強度光伝送線を造るシステムと技術を与えるものである。本発明で述べられたシステムと技術は、本発明の考え方から離れる事なしに他の型のファイバ及びファイバドーパントに適用できる。更に下記の技術は、単独で、又は組み合わせて実行される。
【０００８】
図１は典型的な長さのＳＳＭＦの断面図である。ＳＳＭＦは、一般的に石英（ＳｉＯ２）から製造される。ＳＳＭＦ１０はゲルマニウムドープのコア１２と、コア１２を取り囲むドープされていない外部クラッド層を含む。図２はＳＳＭＦの屈折率分布（Ｒefractive Ｉndex：ＲＩ）２０を示す。図２で示される如く、ＳＳＭＦの屈折率分布２０には、ＳＳＭＦのコア１２に対応する台部２２がある。
【０００９】
図３例示的な長さのＤＣＦの断面図である。ＤＣＦもまた、一般的に石英（ ＳｉＯ２）から製造される。図３で示されたＤＣＦ３０は、ゲルマニウムをドープしたコア３２、フッ素をドープした第１クラッド層３４、ドープされていない外部クラッド層３４を有する。図４は、ＤＣＦ１０の屈折率分布４０を示す。図４で示された如く、ＤＣＦの屈折率分布４０は、ＤＣＦのコア３２に対応する中心スパイク４２と、フッ素ドープのクラッド層３４に対応する、スパイクの両側の一対の深いトレンチ４４をもつ。屈折率分布４０でスパイク４２とトレンチ４４を達成するために、高濃度のゲルマニウム・ドーパントがＤＣＦコア３２に、そして高濃度のフッ素ドーパントがＤＣＦの第１クラッド層３４に用いられる。ある種のＤＣＦは、この例と異なった屈折率分布とドープ濃度とを有することもできることを留意すべきである。しかし本発明はまた他のＤＣＦファイバにも適用可能であることを留意すべきである。
【００１０】
図５は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０とを相互に接続して製造された光伝送線５０の長手方向の断面図である。ＳＳＭＦのコア１２は明らかにＤＣＦのコア３２より大きい事が図５より理解できる。更に、二つのファイバの断面屈折率分布２０と４０とは明らかに異なった形を有することが図２と図４とから理解できる。直径と形との違いは、かなりの接続損失の量に帰着することになる。
【００１１】
ＳＳＭＦのコア１２の大きさをより一致させる様に、ＤＣＦコア３２を熱的に広げて(diffuse)、コア直径の不一致による接続損失を減少させる事は可能である。しかしながら、ＤＣＦコア３２の熱膨張は、フッ素ドープのクラッド層３４のために問題となる。フッ素はゲルマニウムより低温度で拡散(diffuse)を始める。この様に、ＤＣＦ３０を加熱すると、そのコア３２は熱膨張し、フッ素の一様でない拡散の原因となり、接続損失を生じる。
【００１２】
従って、ＤＣＦコア３２を熱的に膨張させるのに熱処理装置を使用し、そしてフッ素ドーパントをなめらかに拡散させる技術が開発されている。
【００１３】
図６乃至図９は熱処理技術の一側面を示す図である。図６において、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０を接続のために準備する。この準備は、例えば、ファイバ端末６０及び６２の折断や皮剥を含む。図７において、ファイバ１０と３０は、融着接続器７０に装着され、ファイバ端６０と６２は接続点７２で相互に軸合わせされ、突き合わせされる。アーク電流を使用して高温ゾーン７４を生成する。この高温ゾーンは、接続点７２においてファイバ端を相互に溶着させるのに十分な温度に接続点７２の温度を上昇させる。典型的の接続温度は約2,000℃である。この例においては、二つのファイバ１０と３０のドーパント拡散が最小にするように、接続パラメータが選択される。
【００１４】
図８において、接続されたファイバ１０と１２は融着接続器７０から取りはずされる。この点で、接続されたファイバ１０と３０は、モードフィールド(modefield)の不整合のためにある量の接続損失が存在する。図９において、接続されたファイバ１０と３０は、熱処理装置８０にて荷重(load)をかけられ、ガストーチ炎８２を使用して接続ゾーン８４を加熱する。本発明に従うと、ガストーチ炎８２は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０の長手方向に沿って両方向にスキャンする事が出来る。さらに、以下に記述するように、トーチ８２のガス流を制御することで、ガストーチ炎８２の強さと接続ゾーン８４の大きさを制御することも可能である。
【００１５】
加熱分布８６に従って、接続ゾーン８４を加熱する。この加熱は、接続ゾーン８４においてＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０のドーパントがテーパー状に拡散する原因となる。加熱分布８６で示されたように、接続点７２は約1,300℃で加熱される。接続ゾーン84の温度は、接続点の両側に向かってテーパー状になっている。
【００１６】
図１０乃至図１２は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０のドーパントに対する熱処理効果を示す長手方向の断面図である。図１０は接続前のファイバ１０と３０を示す。上述したように、ＳＳＭＦ１０は、ゲルマニウムがドープされたコア１２とドープ無しのクラッド１４とを含む。ＤＣＦ３０は、ゲルマニウムがドープされたコア３２、フッ素で強くドープした第１のクラッド層３４、そしてドープ無しのオーバークラッド３６を含む。
【００１７】
図１１において、融着接続器を用いてＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０とを互いに接続点７２で接続する。融着接続プロセスの熱は、ＳＳＭＦとＤＣＦのドーパントのいくらかの拡散の原因となった。図１１に示すように、ＳＳＭＦのコア１２は、わずかに膨張した部分９０を含む。同様に、ＤＣＦコア３２と第１のクラッド領域３４もまた、わずかに膨張した部分９２と９４を含む。
【００１８】
上述したように、接続されたファイバはその後熱処理装置で荷重をかけられる。図１２は熱処理プロセスの結果を示す。ＳＳＭＦコア９０の拡がった部分は、滑らかなテーパー状の路９６を形成する。ＤＣＦコア９２とクラッド部９４との拡がった部分がともに融合され、滑らかなテーパー状の路９８を形成する。
【００１９】
図１３は、接続点７２において熱処理したＳＳＭＦ１０の半径方向の断面図を示す。図１で示されたゲルマニウムがドープされたコア１２は、図１３で示されたより大きい径の拡散したコア９６に拡張される。図１４は、処理前の屈折率分布２２と、処理後の屈折率分布１０２を破線で示したグラフ１００である。図１４で示されているように、処理後の屈折率分布は方形の角はなく、ゲルマニウムドーパントの拡散のために曲線状になっている。接続ゾーン８４において、ＳＳＭＦ１０は、処理前の断面屈折率分布２２と処理後の屈折率分布１０２との間で滑らかな移行を形成する。断面屈折率分布２２と１０２との間の移行は本質的には断熱的、即ち、大きい損失はない。
【００２０】
図１５は、接続点７２において熱処理されたＤＣＦ３０の半径方向の断面図を示す。図２で示されたＤＣＦのゲルマニウムがドープされたコア３２とフッ素がドープされた第１クラッド層３４が、図１５で示された様に溶合され、ゲルマニウム・フッ素ドープコア９８に拡張される。図１６は、処理前のＤＣＦの屈折率分布４２と４４と、処理後の屈折率分布１１２とを示すグラフ１１０である。方形のピーク４２と負のトレンチ４４とが一つの曲線状の屈折率分布１１２に融合されていることが図１６で理解できる。接続ゾーン８４において、ＤＣＦは、処理前の屈折率分布４２と４４と、処理後の断面屈折率分布１１２との間で滑らかな、本質的には断熱的な移行が形成される。
【００２１】
接続点７２において、ＳＳＭＦとＤＣＦのコア９６と９８は、同様の大きさと屈折率分布を有することが図１３乃至図１６から理解できる。この類似性は、二つのファイバ間の接続損失量を減少させる。信号伝送方向に接続領域８４の長手方向に沿って火炎８２をスキャンする熱処理により更に接続損失を減少させる事が可能である。この後処理のスキャンは、モードフィールド（modefield)とドーパントの移行がより滑らかになる。更に、接続されたファイバに熱処理装置で負荷をかけるとき、また装置から取り除くときに、トーチガス流を下方に揺動(ramp)する事により曲げ損失を減少することができる。
【００２２】
上述した技術は、本発明の精神から離れる事無しに変更し得ることに留意すべきである。例えば、融着接続器７０を使用してＤＣＦコア３２の拡大を実行することが可能である。熱処理装置を用いてフッ素ドープクラッド層を滑らかに拡散させ、接続損失を減少させることが可能である。
【００２３】
図１７は、ここに述べた技術を実際に使用するのに適当な熱処理装置１５０の斜視図を示す。図１７で示された熱処理装置１５０の詳細は米国特許出願で更に記述されている。しかしながら、ここで述べられた技術は、本発明の精神から離れることなく、当該米国特許出願に示され、述べられた他の熱処理装置でも実用されるだろうことが理解できる点に留意されたい。
【００２４】
図１７で示された熱処理装置１５０は、接続された光ファイバ線１５２を加熱するのに使用される。光ファイバ１５２の接続点１５４を加熱装置１５６の上部に位置付ける。この例では、ガス供給部１６０で供給された火炎１５８を有するガストーチを用いる。本発明の精神から離れる事無しに、他の加熱装置を適宜使用することも可能である。精密にトーチ１５６を制御するために、ガス供給部１６０にマス・フロー制御器１６２が提供される。加熱の間、火炎１５８を安定にするために、煙突部１６４をトーチ１５６の上部に位置付ける。接続点１５４を露出する切除部１６８を含む板１６６によって、ファイバ１５２と煙突部１６４の位置が保持される。切除部１６８の両側に位置する第１及び第２のクランプ１７０と１７２とによってファイバ１５２が板１６６上に位置付けられ、そして煙突１６４を把持する腕１７４によって煙突１６４が板１６６の上に位置付けられる。
【００２５】
ファイバの一端に除去可能に取り付けられた荷重１７６によって、加熱プロセス中にファイバ１５２に僅かな張力が保たれている。この張力は、加熱プロセス中に、ファイバ１７８が火炎１５８に関して移動する事を防ぐ。加熱のときには、ファイバが伸びる事を防ぐべく正確な荷重の決定に対して注意を払わなければならない。この例においては、０．７ｇの荷重が用いられている。第１のクランプ１７０は、ファイバ１５２の張力をこの様な方法で制御しファイバ導波路として機能するよう、ファイバ１５２を十分緩やかに保持する。ファイバ１５２への曲げ損傷を防ぐために曲げガイド１７８が提供され、加熱プロセスの間、その上にファイバ１５２の荷重部分を部分を置く。
【００２６】
更に、本発明の更なる側面に従うと、ある状況においては、熱処理プロセスの間、接続されたファイバに制御された追加の張力を与える事が望ましい事を見出した。この追加の張力は、接続されたファイバに適用された荷重１７６の量を増加させる事で適用できる。他の張力機構もまた使用する事は可能である。
【００２７】
板１６６が搭載されている移動台１８０を用いて、火炎１５６に対して相対的に板１６６を移動することができる。位置読み取り装置１８２は、板１６６の位置に関して正確な情報を与える。接続されたファイバ１５２をまず熱処理装置１５０に搭載し、板１６６を火炎１５８の上の遠方に位置付ける。搭載後、移動台１８０を用いて、接続点１５４を火炎の中に移動する。繰り返しが可能となるように、移動台１６６の位置を位置読みとり装置１８２で監視する。火炎１５８に関する接続点１５４の最適な位置を決定すると、この位置をその後の熱処理に使用する。
【００２８】
トーチ１５６を内径約４ｍｍの石英管で製造する。フッ素の拡散に必要な温度は約1,200乃至1,300℃であると推定されるので、プロパンや水素の様なガスを追加の酸素の供給無しで使用する。マスフロー制御器１６２を用いてガス流を正確な値に保つ。代表的な流量は１０ｍｌ／分（プロパンの場合）である。なお、この値は、使用される特定のファイバに対し最適でなければならない。
【００２９】
接続部１５４が火炎１５８にある間、接続損失が監視される。最小損失値が得られたとき、約10分以内に、移動台１８０を用いて接続部１５４を火炎１５８から除去する。図１８で示された熱処理装置１５０は、接続点１５４で１ｃｍ長の裸ファイバを必要とするにすぎない。
【００３０】
更に本発明は、熱処理された接続領域の強度を増加させるシステムを提供する。本発明の一側面に従うと、熱処理の間、熱処理装置のガストーチ火炎の周囲に乾燥ガスを通し、接続されたファイバの表面での水を避ける。乾燥ガスの適当な湿気含有量は重量で１００ppm以下であることが見出された。更に本発明の別の側面に従うと、乾燥酸素を炎の燃焼領域で用いる。
【００３１】
本発明の別の側面に従うと、窒素（Ｎ２）の様な第２のガスをトーチの周り通し、火炎の近傍の塵埃粒を避ける。ガスは濾過され、最大の接続強度を得る様に流量は最適化されている。
【００３２】
本発明の別の側面に従うと、熱処理の後、接続強度を改善するために、適当なガス流で接続領域に沿ってトーチ火炎をスキャン(scan)することによって、接続されたファイバのガラスの表面を修復する。代替として、接続領域における接続されたファイバのガラス表面の修復を、モードフィールドを拡張した後に短時間においてトーチへのガス流を増加させ、加熱ゾーンを広くし十分に高温にすることによって実行してもよい。
【００３３】
本発明は、上述のように処理されたファイバの接続の強度を増加させる方法を提供する。これらシステムと方法が、図１７で示され、上述した熱処理装置１５０を変更することによって実施される。この方法はまた、接続ファイバを加熱する他のシステムに統合してもよい。
【００３４】
ある側面においては、乾燥酸素の様な乾燥ガスをトーチ火炎に供給し、接続されたファイバの表面における水を除去する。火炎近傍の塵埃粒を避けるために、火炎の周囲に除去ガスを供給する。図１８は、接続されたファイバ２０２の熱処理に用いられる本発明のガストーチ装置２００の図を示す。ファイバの接続点２０４がトーチ２０６からの火炎の中心に置かれる。トーチ２０６は、同軸の対管２０８と２１０とを含む。内側の管２０８を用いて、プロパン、または他の適当な可燃ガスをトーチ火炎（図示されない）に運ぶ。外側の管２１０を用いて火炎中に乾燥酸素の様な乾燥ガスを供給し、ファイバ２０２の表面における水分を除去する。乾燥ガスの適当な水分含有量は１ｐｐｍ以下であることが見出された。乾燥ガスは、熱処理の間、接続されたファイバの表面の水分を除去するのに用いられる。
【００３５】
トーチ装置２０６は、火炎の上の煙突２１２を含み、当該煙突は、火炎を安定化させ、熱処理で浮揚した残留物を吸出する。除去ガス供給管２１４は、煙突２１２を取り囲み、窒素の様な適当な除去ガスを送って火炎の極く近傍の塵埃粒を除去する。
【００３６】
接続されたファイバ２０２の表面における水分を除去し、熱処理プロセスの間に火炎の極く近傍の塵埃粒を除去することで、接続領域の強度を増加させることが見出された。これらの技術のどちらも、単独で、接続領域の強度を増加させるという点に留意されたい。即ち、これらの技術は、単独でも、また組み合わせても実行することができる。
【００３７】
図１９は本発明の別の装置２５０を示す。トーチ装置は３つの同軸管２５２、２５４及び２５６を含む３重トーチである。内側の管２５２を用いて、プロパンの様な適当な可燃ガスをトーチ火炎（図示しない）に送る。中央の管２５４を用いて、乾燥酸素の様な乾燥ガスを火炎に送る。外部の管２５６を用いて、普通の酸素の様な除去用ガスを火炎に供給する。なお、乾燥ガスはファイバの表面における水分を除去するのに用いられ、除去用ガスは火炎の極く近傍の塵埃粒を除去するのに用いられる。図１９で示されたトーチ２５０を、火炎を安定化し、熱処理の浮揚残留物を吸出する、火炎上の煙突（図示しない）と共に提供してもよい。
【００３８】
図２０は、図１８に示されたトーチ２００を使用した時の酸素流量と平均接続強度間の関係をグラフ３００で示す。これらのデータから、酸素流量が増加すると接続強度が大きくなる結果となる事が理解できる。しかしながら、増加した酸素流量はまた、温度が上昇する結果となる。
【００３９】
上述したように、ＩＤＦと他のＤＣＦのモードフィールドの拡大を行うときには、温度は臨界的なパラメータである。それ故に、許容出来る接続損失の結果となる酸素/ガス流量比を選ぶ事が必要である。従って、ある場合には、希望する接続損失と十分な強度とを同時に得る事は困難かもしれない。
【００４０】
この問題を克服する方法は、酸素流にアルゴンの様な不活性ガスを加えて十分な乾燥雰囲気を保つとともに、モードフィールド変換のために適当な温度を保つ事である。
【００４１】
他の解決法は、先ず、モードフィールドの拡大を正確な温度間隔で行う事である。拡大は典型的には約１０乃至２０分掛かる。後に図２１で示すように、非常に短い時間で、その強度に対して最適化された温度で、接続点３５４の近傍の接続されたファイバ３５２に沿って火炎３５０をスキャンする。この場合、拡散量は極少量である。火炎３５０のスキャンはまた、低損失への移行を生成すべく更にテーパーの形を直す可能性を加える事によって、接続損失を更に減少させるのに使用されうる。
【００４２】
強度を改善するために接続に沿って火炎をスキャンする事は必ずしも必要とされず、単に最後のガス流の揺動(ramp)で十分である。図２２（ａ）乃至（ｃ）は、種々のレベルの火炎強度を示す。図２２（ａ）は、熱処理の間に用いられる普通のガス流を示し、ここで、接続点３５４のあたりに高温ゾーン３５６をつくるよう、火炎３５０が接続されたファイバ３５２に対して位置付けられる。上方へのガス流の揺動は、図２２（ｂ）で示された如く、火炎３５０の大きさを増加し、高温ゾーン３５６の幅を拡大する。モードフィールドを拡大するプロセスの間に加熱された全領域をカバーするように、高温ゾーン３５６を拡張することができる。モードフィールドの拡大プロセスで誘発した微少クラックは、この方法で取り除く事が出来る。ＤＣＦの場合には、微少クラックの除去には、一般的に、モードフィールドの変換への最適温度に比べてより高い温度を必要とする。
【００４３】
ある種の接続における影響が、加熱時のファイバの曲がりであることが見出されている。この曲がりは、例えば、接続部を火炎の中に置いたり、火炎から熱処理された接続部を取り外す間に発生する可能性がある。この曲がりを防ぐ一つの方法は、ファイバを火炎の中へ置き、又は火炎から取り除くときに物理的にテーパー状にすることなくファイバに僅かな張力を与える事である。この問題は、火炎の中にファイバを置く、又は火炎からファイバを除去することと関連して、ガス流の揺動により、更に減少させる事が出来る。例えば、図２２（ｃ）で示したように、接続されたファイバ３５２を設置場所から除去する前に火炎３５０が接続点３５４の遙かな下方にあるように、ガス流を下方に向かって揺動する。この様にして、接続点３５４は、曲げの原因となる突然の温度変化を被ることはない。
【００４４】
図２３は、Ultra WaveＳＬＡがＩＤＦとが接続される、一連の試験的な接続に対し、処理前の接続損失と加熱処理後の強度データを示す表３６０である。表のデータに示された様に、ここに述べられた技術を用いて、２００kpsi以上の接続強度と０．２２ｄＢ又はそれ以下の接続損失を得ることが可能である。
【００４５】
図２４は、高強度で低接続損失の光伝送線をつくる方法４００のフローチャートである。ステップ４０２において、融着接続器を用いて第１の型のファイバと第２の型のファイバを接続する。ステップ４０４において、接続されたファイバを融着接続器から取り外し、熱処理装置に装着する。ステップ４０６で、処理装置のトーチ火炎を用いて異なった拡散温度に接続ゾーンを加熱し、第１のファイバのコアの熱拡散を生じさせ、そして、フッ素の様な第１のファイバの他のドーパントの滑らかな拡散を生じさせる。ステップ４０８において、接続ゾーンが加熱されている間にトーチ炎の周りに乾燥ガスを通し、接続ゾーンにおける接続されたファイバの表面から水分を取り除く。ステップ４１０において、接続ゾーンが加熱されている間にトーチ火炎の周りにガスを通し、トーチ火炎からの塵埃粒を取り除く。ステップ４１２において、熱処理が完了した後、トーチ火炎を接続ゾーンの長手方向にスキャンし、接続されたファイバのガラス表面を修復する。
【００４６】
上記記載は当業者が本願発明を実施することができるように詳細に記述したが、上記開示は例示的なものであり、これら教示に理解を示す当業者には、種々の修正や変形は明らかである。従って、本願発明は、唯一特許請求の範囲で規定されたものであり、特許請求の範囲の記載に対し、従来技術によって許される可能な限り広範な解釈がなされることを求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）の半径方向断面図である。図は原寸に比例していない。
【図２】図１で示されたＳＳＭＦの断面屈折率（ＲＩ）分布のグラフを示す図である。
【図３】分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の一例の半径方向断面図である。図は原寸に比例していない。
【図４】図３に示されたＤＣＦの屈折率断面分布のグラフを示す図である。
【図５】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の長手方向断面図である。
【図６】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図７】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図８】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図９】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図１０】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１１】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１２】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１３】図１２の接続点におけるＳＳＭＦの半径方向断面図である。
【図１４】図１３のＳＳＭＦの屈折率断面（ＲＩ）分布を示す図である。
【図１５】図１２の接続点におけるＤＣＦの半径方向断面図である。
【図１６】図１５のＤＣＦの屈折率断面（ＲＩ）分布を示す図である。
【図１７】 本願で述べられた技術に実際に使用するのに適した熱処理装置の例の外観を示す図である。
【図１８】本発明におけるガストーチ装置を示す図である。
【図１９】本発明における第２のガストーチ装置を示す図である
【図２０】酸素流量の関数として示された接続強度の平均値を示す図である。
【図２１】本発明における加熱スキャン技術を示す図である。
【図２２Ａ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２２Ｂ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２２Ｃ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２３】本発明の一側面に従って製造された接続の損失と強度を示す説明図である。
【図２４】本発明の方法のフローチャートを示す説明図である。
【符号の説明】
２００ ガストーチ装置
２０２ 接続されたファイバ
２０４ ファイバの接続点
２０６ トーチ
２０８ 内側の管
２１０ 外側の管
２１２ 煙突
２１４ 除去用ガス供給管
２５０ トーチ
２５２ 内側の管
２５４ 中央の管
２５６ 外側の管
本発明は、光ファイバの接続(splice)に用いられる技術の改良、そして更に特に、低損失、高強度光ファイバ製造のためのシステムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新種類の光ファイバが最近開発され、分散補償ファイバ（Ｄispersion-Ｃompensating Ｆiber：ＤＣＦ）として知られている。これにはスロープが急な負の分散特性を持つ分散補償ファイバが含まれる。ＤＣＦの使用法の一つは、異なった波長で動作する標準単一モードファイバ（Ｓtandard Ｓingle-Ｍode Ｆiber：ＳＳＭＦ）で造られた既設の光ファイバリンクの分散特性を最適化することである。この技術は米国特許出願第09/596,454で開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣＦの重要なパラメータは過剰損失である。この損失は、ＤＣＦをＳＳＭＦの様な他の型のファイバに接続して光ファイバ伝送線を製造した場合に生ずる。大きい負分散を得るために、ＤＣＦは高屈折率の小径コアを使用し、1550nmでモードフィルド径は約5.0μm（ＳＳＭＦのモードフィルド径は1550nmで約10.5μm）である。コア径の違いは、溶着接続技術がＤＣＦをＳＳＭＦに接続するのに使用された場合、重大な信号損失を生じる。接続パラメータを選ぶ事によってＤＣＦのコアを拡散させ、これにより、ＤＣＦコアのモードフィルド径は外側に向かってテーパー状になり、漏斗効果(funneling effect)が起こることで信号損失の量を減らす事が可能となる。しかしながら、典型的のＤＣＦでの高濃度フッ素ドーパントがこの技術の適用を制限する。漏斗効果を出すのに必要な熱の量と加熱時間とが、フッ素ドーパントの好ましくない散乱拡散を発生させるからである。
【０００４】
更に、海底システムの様なある種の応用においては、200kpsi又はそれ以上の接続強度が要求される。従って、低損失、高強度光ファイバ伝送線を製造するために、改良されたシステムと方法が必要になる。
【０００５】
【発明の概要】
本願発明は上述した議論及びその他を、低損失で高強度の光伝送線を製造するシステム及び方法で取り扱う。本発明の一側面に従うと、第１のファイバが第２のファイバと接続点で接続(splice)される。接続されたファイバに熱処理装置で荷重がかけられ、ガストーチ火炎を用いて接続点を含む接続領域を熱処理し、当該熱処理が第１、第２のファイバ間の接続損失を減少させる。接続領域を加熱するとともに、熱処理プロセスの間にトーチ火炎の周りに乾燥ガスを通し(purged)、接続されたファイバの表面の水分を避ける。更に本発明の別の側面に従うと、トーチ火炎に除去ガスを供給して、火炎からの微粒粉を除去し、熱処理の完了後、トーチ火炎を使用して接続されたファイバのガラス表面を修復する。更なる本発明の側面において、低損失、高強度光ファイバ伝送線を製造するトーチ装置を提供する。
【０００６】
本願発明の更なる機能と優位性は、以下の開示及び付随する図面を参照することによって明らかとなる。
【０００７】
【発明の詳細な記述】
本発明は、分散補償ファイバ（Ｄispersion-Ｃompensating Ｆiver：ＤＣＦ）の様な逆分散ファイバ（Ｉnverse Ｄispersion Ｆiber：ＩＤＦ）、及び標準単一モードファイバ（Ｓtandard Ｓingle Ｍode Ｆiber：ＳＳＭＦ）の様な第２の型のファイバからなる、低損失、高強度光伝送線を造るシステムと技術を与えるものである。本発明で述べられたシステムと技術は、本発明の考え方から離れる事なしに他の型のファイバ及びファイバドーパントに適用できる。更に下記の技術は、単独で、又は組み合わせて実行される。
【０００８】
図１は典型的な長さのＳＳＭＦの断面図である。ＳＳＭＦは、一般的に石英（ＳｉＯ２）から製造される。ＳＳＭＦ１０はゲルマニウムドープのコア１２と、コア１２を取り囲むドープされていない外部クラッド層を含む。図２はＳＳＭＦの屈折率分布（Ｒefractive Ｉndex：ＲＩ）２０を示す。図２で示される如く、ＳＳＭＦの屈折率分布２０には、ＳＳＭＦのコア１２に対応する台部２２がある。
【０００９】
図３例示的な長さのＤＣＦの断面図である。ＤＣＦもまた、一般的に石英（ ＳｉＯ２）から製造される。図３で示されたＤＣＦ３０は、ゲルマニウムをドープしたコア３２、フッ素をドープした第１クラッド層３４、ドープされていない外部クラッド層３４を有する。図４は、ＤＣＦ１０の屈折率分布４０を示す。図４で示された如く、ＤＣＦの屈折率分布４０は、ＤＣＦのコア３２に対応する中心スパイク４２と、フッ素ドープのクラッド層３４に対応する、スパイクの両側の一対の深いトレンチ４４をもつ。屈折率分布４０でスパイク４２とトレンチ４４を達成するために、高濃度のゲルマニウム・ドーパントがＤＣＦコア３２に、そして高濃度のフッ素ドーパントがＤＣＦの第１クラッド層３４に用いられる。ある種のＤＣＦは、この例と異なった屈折率分布とドープ濃度とを有することもできることを留意すべきである。しかし本発明はまた他のＤＣＦファイバにも適用可能であることを留意すべきである。
【００１０】
図５は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０とを相互に接続して製造された光伝送線５０の長手方向の断面図である。ＳＳＭＦのコア１２は明らかにＤＣＦのコア３２より大きい事が図５より理解できる。更に、二つのファイバの断面屈折率分布２０と４０とは明らかに異なった形を有することが図２と図４とから理解できる。直径と形との違いは、かなりの接続損失の量に帰着することになる。
【００１１】
ＳＳＭＦのコア１２の大きさをより一致させる様に、ＤＣＦコア３２を熱的に広げて(diffuse)、コア直径の不一致による接続損失を減少させる事は可能である。しかしながら、ＤＣＦコア３２の熱膨張は、フッ素ドープのクラッド層３４のために問題となる。フッ素はゲルマニウムより低温度で拡散(diffuse)を始める。この様に、ＤＣＦ３０を加熱すると、そのコア３２は熱膨張し、フッ素の一様でない拡散の原因となり、接続損失を生じる。
【００１２】
従って、ＤＣＦコア３２を熱的に膨張させるのに熱処理装置を使用し、そしてフッ素ドーパントをなめらかに拡散させる技術が開発されている。
【００１３】
図６乃至図９は熱処理技術の一側面を示す図である。図６において、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０を接続のために準備する。この準備は、例えば、ファイバ端末６０及び６２の折断や皮剥を含む。図７において、ファイバ１０と３０は、融着接続器７０に装着され、ファイバ端６０と６２は接続点７２で相互に軸合わせされ、突き合わせされる。アーク電流を使用して高温ゾーン７４を生成する。この高温ゾーンは、接続点７２においてファイバ端を相互に溶着させるのに十分な温度に接続点７２の温度を上昇させる。典型的の接続温度は約2,000℃である。この例においては、二つのファイバ１０と３０のドーパント拡散が最小にするように、接続パラメータが選択される。
【００１４】
図８において、接続されたファイバ１０と１２は融着接続器７０から取りはずされる。この点で、接続されたファイバ１０と３０は、モードフィールド(modefield)の不整合のためにある量の接続損失が存在する。図９において、接続されたファイバ１０と３０は、熱処理装置８０にて荷重(load)をかけられ、ガストーチ炎８２を使用して接続ゾーン８４を加熱する。本発明に従うと、ガストーチ炎８２は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０の長手方向に沿って両方向にスキャンする事が出来る。さらに、以下に記述するように、トーチ８２のガス流を制御することで、ガストーチ炎８２の強さと接続ゾーン８４の大きさを制御することも可能である。
【００１５】
加熱分布８６に従って、接続ゾーン８４を加熱する。この加熱は、接続ゾーン８４においてＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０のドーパントがテーパー状に拡散する原因となる。加熱分布８６で示されたように、接続点７２は約1,300℃で加熱される。接続ゾーン84の温度は、接続点の両側に向かってテーパー状になっている。
【００１６】
図１０乃至図１２は、ＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０のドーパントに対する熱処理効果を示す長手方向の断面図である。図１０は接続前のファイバ１０と３０を示す。上述したように、ＳＳＭＦ１０は、ゲルマニウムがドープされたコア１２とドープ無しのクラッド１４とを含む。ＤＣＦ３０は、ゲルマニウムがドープされたコア３２、フッ素で強くドープした第１のクラッド層３４、そしてドープ無しのオーバークラッド３６を含む。
【００１７】
図１１において、融着接続器を用いてＳＳＭＦ１０とＤＣＦ３０とを互いに接続点７２で接続する。融着接続プロセスの熱は、ＳＳＭＦとＤＣＦのドーパントのいくらかの拡散の原因となった。図１１に示すように、ＳＳＭＦのコア１２は、わずかに膨張した部分９０を含む。同様に、ＤＣＦコア３２と第１のクラッド領域３４もまた、わずかに膨張した部分９２と９４を含む。
【００１８】
上述したように、接続されたファイバはその後熱処理装置で荷重をかけられる。図１２は熱処理プロセスの結果を示す。ＳＳＭＦコア９０の拡がった部分は、滑らかなテーパー状の路９６を形成する。ＤＣＦコア９２とクラッド部９４との拡がった部分がともに融合され、滑らかなテーパー状の路９８を形成する。
【００１９】
図１３は、接続点７２において熱処理したＳＳＭＦ１０の半径方向の断面図を示す。図１で示されたゲルマニウムがドープされたコア１２は、図１３で示されたより大きい径の拡散したコア９６に拡張される。図１４は、処理前の屈折率分布２２と、処理後の屈折率分布１０２を破線で示したグラフ１００である。図１４で示されているように、処理後の屈折率分布は方形の角はなく、ゲルマニウムドーパントの拡散のために曲線状になっている。接続ゾーン８４において、ＳＳＭＦ１０は、処理前の断面屈折率分布２２と処理後の屈折率分布１０２との間で滑らかな移行を形成する。断面屈折率分布２２と１０２との間の移行は本質的には断熱的、即ち、大きい損失はない。
【００２０】
図１５は、接続点７２において熱処理されたＤＣＦ３０の半径方向の断面図を示す。図２で示されたＤＣＦのゲルマニウムがドープされたコア３２とフッ素がドープされた第１クラッド層３４が、図１５で示された様に溶合され、ゲルマニウム・フッ素ドープコア９８に拡張される。図１６は、処理前のＤＣＦの屈折率分布４２と４４と、処理後の屈折率分布１１２とを示すグラフ１１０である。方形のピーク４２と負のトレンチ４４とが一つの曲線状の屈折率分布１１２に融合されていることが図１６で理解できる。接続ゾーン８４において、ＤＣＦは、処理前の屈折率分布４２と４４と、処理後の断面屈折率分布１１２との間で滑らかな、本質的には断熱的な移行が形成される。
【００２１】
接続点７２において、ＳＳＭＦとＤＣＦのコア９６と９８は、同様の大きさと屈折率分布を有することが図１３乃至図１６から理解できる。この類似性は、二つのファイバ間の接続損失量を減少させる。信号伝送方向に接続領域８４の長手方向に沿って火炎８２をスキャンする熱処理により更に接続損失を減少させる事が可能である。この後処理のスキャンは、モードフィールド（modefield)とドーパントの移行がより滑らかになる。更に、接続されたファイバに熱処理装置で負荷をかけるとき、また装置から取り除くときに、トーチガス流を下方に揺動(ramp)する事により曲げ損失を減少することができる。
【００２２】
上述した技術は、本発明の精神から離れる事無しに変更し得ることに留意すべきである。例えば、融着接続器７０を使用してＤＣＦコア３２の拡大を実行することが可能である。熱処理装置を用いてフッ素ドープクラッド層を滑らかに拡散させ、接続損失を減少させることが可能である。
【００２３】
図１７は、ここに述べた技術を実際に使用するのに適当な熱処理装置１５０の斜視図を示す。図１７で示された熱処理装置１５０の詳細は米国特許出願で更に記述されている。しかしながら、ここで述べられた技術は、本発明の精神から離れることなく、当該米国特許出願に示され、述べられた他の熱処理装置でも実用されるだろうことが理解できる点に留意されたい。
【００２４】
図１７で示された熱処理装置１５０は、接続された光ファイバ線１５２を加熱するのに使用される。光ファイバ１５２の接続点１５４を加熱装置１５６の上部に位置付ける。この例では、ガス供給部１６０で供給された火炎１５８を有するガストーチを用いる。本発明の精神から離れる事無しに、他の加熱装置を適宜使用することも可能である。精密にトーチ１５６を制御するために、ガス供給部１６０にマス・フロー制御器１６２が提供される。加熱の間、火炎１５８を安定にするために、煙突部１６４をトーチ１５６の上部に位置付ける。接続点１５４を露出する切除部１６８を含む板１６６によって、ファイバ１５２と煙突部１６４の位置が保持される。切除部１６８の両側に位置する第１及び第２のクランプ１７０と１７２とによってファイバ１５２が板１６６上に位置付けられ、そして煙突１６４を把持する腕１７４によって煙突１６４が板１６６の上に位置付けられる。
【００２５】
ファイバの一端に除去可能に取り付けられた荷重１７６によって、加熱プロセス中にファイバ１５２に僅かな張力が保たれている。この張力は、加熱プロセス中に、ファイバ１７８が火炎１５８に関して移動する事を防ぐ。加熱のときには、ファイバが伸びる事を防ぐべく正確な荷重の決定に対して注意を払わなければならない。この例においては、０．７ｇの荷重が用いられている。第１のクランプ１７０は、ファイバ１５２の張力をこの様な方法で制御しファイバ導波路として機能するよう、ファイバ１５２を十分緩やかに保持する。ファイバ１５２への曲げ損傷を防ぐために曲げガイド１７８が提供され、加熱プロセスの間、その上にファイバ１５２の荷重部分を部分を置く。
【００２６】
更に、本発明の更なる側面に従うと、ある状況においては、熱処理プロセスの間、接続されたファイバに制御された追加の張力を与える事が望ましい事を見出した。この追加の張力は、接続されたファイバに適用された荷重１７６の量を増加させる事で適用できる。他の張力機構もまた使用する事は可能である。
【００２７】
板１６６が搭載されている移動台１８０を用いて、火炎１５６に対して相対的に板１６６を移動することができる。位置読み取り装置１８２は、板１６６の位置に関して正確な情報を与える。接続されたファイバ１５２をまず熱処理装置１５０に搭載し、板１６６を火炎１５８の上の遠方に位置付ける。搭載後、移動台１８０を用いて、接続点１５４を火炎の中に移動する。繰り返しが可能となるように、移動台１６６の位置を位置読みとり装置１８２で監視する。火炎１５８に関する接続点１５４の最適な位置を決定すると、この位置をその後の熱処理に使用する。
【００２８】
トーチ１５６を内径約４ｍｍの石英管で製造する。フッ素の拡散に必要な温度は約1,200乃至1,300℃であると推定されるので、プロパンや水素の様なガスを追加の酸素の供給無しで使用する。マスフロー制御器１６２を用いてガス流を正確な値に保つ。代表的な流量は１０ｍｌ／分（プロパンの場合）である。なお、この値は、使用される特定のファイバに対し最適でなければならない。
【００２９】
接続部１５４が火炎１５８にある間、接続損失が監視される。最小損失値が得られたとき、約10分以内に、移動台１８０を用いて接続部１５４を火炎１５８から除去する。図１８で示された熱処理装置１５０は、接続点１５４で１ｃｍ長の裸ファイバを必要とするにすぎない。
【００３０】
更に本発明は、熱処理された接続領域の強度を増加させるシステムを提供する。本発明の一側面に従うと、熱処理の間、熱処理装置のガストーチ火炎の周囲に乾燥ガスを通し、接続されたファイバの表面での水を避ける。乾燥ガスの適当な湿気含有量は重量で１００ppm以下であることが見出された。更に本発明の別の側面に従うと、乾燥酸素を炎の燃焼領域で用いる。
【００３１】
本発明の別の側面に従うと、窒素（Ｎ２）の様な第２のガスをトーチの周り通し、火炎の近傍の塵埃粒を避ける。ガスは濾過され、最大の接続強度を得る様に流量は最適化されている。
【００３２】
本発明の別の側面に従うと、熱処理の後、接続強度を改善するために、適当なガス流で接続領域に沿ってトーチ火炎をスキャン(scan)することによって、接続されたファイバのガラスの表面を修復する。代替として、接続領域における接続されたファイバのガラス表面の修復を、モードフィールドを拡張した後に短時間においてトーチへのガス流を増加させ、加熱ゾーンを広くし十分に高温にすることによって実行してもよい。
【００３３】
本発明は、上述のように処理されたファイバの接続の強度を増加させる方法を提供する。これらシステムと方法が、図１７で示され、上述した熱処理装置１５０を変更することによって実施される。この方法はまた、接続ファイバを加熱する他のシステムに統合してもよい。
【００３４】
ある側面においては、乾燥酸素の様な乾燥ガスをトーチ火炎に供給し、接続されたファイバの表面における水を除去する。火炎近傍の塵埃粒を避けるために、火炎の周囲に除去ガスを供給する。図１８は、接続されたファイバ２０２の熱処理に用いられる本発明のガストーチ装置２００の図を示す。ファイバの接続点２０４がトーチ２０６からの火炎の中心に置かれる。トーチ２０６は、同軸の対管２０８と２１０とを含む。内側の管２０８を用いて、プロパン、または他の適当な可燃ガスをトーチ火炎（図示されない）に運ぶ。外側の管２１０を用いて火炎中に乾燥酸素の様な乾燥ガスを供給し、ファイバ２０２の表面における水分を除去する。乾燥ガスの適当な水分含有量は１ｐｐｍ以下であることが見出された。乾燥ガスは、熱処理の間、接続されたファイバの表面の水分を除去するのに用いられる。
【００３５】
トーチ装置２０６は、火炎の上の煙突２１２を含み、当該煙突は、火炎を安定化させ、熱処理で浮揚した残留物を吸出する。除去ガス供給管２１４は、煙突２１２を取り囲み、窒素の様な適当な除去ガスを送って火炎の極く近傍の塵埃粒を除去する。
【００３６】
接続されたファイバ２０２の表面における水分を除去し、熱処理プロセスの間に火炎の極く近傍の塵埃粒を除去することで、接続領域の強度を増加させることが見出された。これらの技術のどちらも、単独で、接続領域の強度を増加させるという点に留意されたい。即ち、これらの技術は、単独でも、また組み合わせても実行することができる。
【００３７】
図１９は本発明の別の装置２５０を示す。トーチ装置は３つの同軸管２５２、２５４及び２５６を含む３重トーチである。内側の管２５２を用いて、プロパンの様な適当な可燃ガスをトーチ火炎（図示しない）に送る。中央の管２５４を用いて、乾燥酸素の様な乾燥ガスを火炎に送る。外部の管２５６を用いて、普通の酸素の様な除去用ガスを火炎に供給する。なお、乾燥ガスはファイバの表面における水分を除去するのに用いられ、除去用ガスは火炎の極く近傍の塵埃粒を除去するのに用いられる。図１９で示されたトーチ２５０を、火炎を安定化し、熱処理の浮揚残留物を吸出する、火炎上の煙突（図示しない）と共に提供してもよい。
【００３８】
図２０は、図１８に示されたトーチ２００を使用した時の酸素流量と平均接続強度間の関係をグラフ３００で示す。これらのデータから、酸素流量が増加すると接続強度が大きくなる結果となる事が理解できる。しかしながら、増加した酸素流量はまた、温度が上昇する結果となる。
【００３９】
上述したように、ＩＤＦと他のＤＣＦのモードフィールドの拡大を行うときには、温度は臨界的なパラメータである。それ故に、許容出来る接続損失の結果となる酸素/ガス流量比を選ぶ事が必要である。従って、ある場合には、希望する接続損失と十分な強度とを同時に得る事は困難かもしれない。
【００４０】
この問題を克服する方法は、酸素流にアルゴンの様な不活性ガスを加えて十分な乾燥雰囲気を保つとともに、モードフィールド変換のために適当な温度を保つ事である。
【００４１】
他の解決法は、先ず、モードフィールドの拡大を正確な温度間隔で行う事である。拡大は典型的には約１０乃至２０分掛かる。後に図２１で示すように、非常に短い時間で、その強度に対して最適化された温度で、接続点３５４の近傍の接続されたファイバ３５２に沿って火炎３５０をスキャンする。この場合、拡散量は極少量である。火炎３５０のスキャンはまた、低損失への移行を生成すべく更にテーパーの形を直す可能性を加える事によって、接続損失を更に減少させるのに使用されうる。
【００４２】
強度を改善するために接続に沿って火炎をスキャンする事は必ずしも必要とされず、単に最後のガス流の揺動(ramp)で十分である。図２２（ａ）乃至（ｃ）は、種々のレベルの火炎強度を示す。図２２（ａ）は、熱処理の間に用いられる普通のガス流を示し、ここで、接続点３５４のあたりに高温ゾーン３５６をつくるよう、火炎３５０が接続されたファイバ３５２に対して位置付けられる。上方へのガス流の揺動は、図２２（ｂ）で示された如く、火炎３５０の大きさを増加し、高温ゾーン３５６の幅を拡大する。モードフィールドを拡大するプロセスの間に加熱された全領域をカバーするように、高温ゾーン３５６を拡張することができる。モードフィールドの拡大プロセスで誘発した微少クラックは、この方法で取り除く事が出来る。ＤＣＦの場合には、微少クラックの除去には、一般的に、モードフィールドの変換への最適温度に比べてより高い温度を必要とする。
【００４３】
ある種の接続における影響が、加熱時のファイバの曲がりであることが見出されている。この曲がりは、例えば、接続部を火炎の中に置いたり、火炎から熱処理された接続部を取り外す間に発生する可能性がある。この曲がりを防ぐ一つの方法は、ファイバを火炎の中へ置き、又は火炎から取り除くときに物理的にテーパー状にすることなくファイバに僅かな張力を与える事である。この問題は、火炎の中にファイバを置く、又は火炎からファイバを除去することと関連して、ガス流の揺動により、更に減少させる事が出来る。例えば、図２２（ｃ）で示したように、接続されたファイバ３５２を設置場所から除去する前に火炎３５０が接続点３５４の遙かな下方にあるように、ガス流を下方に向かって揺動する。この様にして、接続点３５４は、曲げの原因となる突然の温度変化を被ることはない。
【００４４】
図２３は、Ultra WaveＳＬＡがＩＤＦとが接続される、一連の試験的な接続に対し、処理前の接続損失と加熱処理後の強度データを示す表３６０である。表のデータに示された様に、ここに述べられた技術を用いて、２００kpsi以上の接続強度と０．２２ｄＢ又はそれ以下の接続損失を得ることが可能である。
【００４５】
図２４は、高強度で低接続損失の光伝送線をつくる方法４００のフローチャートである。ステップ４０２において、融着接続器を用いて第１の型のファイバと第２の型のファイバを接続する。ステップ４０４において、接続されたファイバを融着接続器から取り外し、熱処理装置に装着する。ステップ４０６で、処理装置のトーチ火炎を用いて異なった拡散温度に接続ゾーンを加熱し、第１のファイバのコアの熱拡散を生じさせ、そして、フッ素の様な第１のファイバの他のドーパントの滑らかな拡散を生じさせる。ステップ４０８において、接続ゾーンが加熱されている間にトーチ炎の周りに乾燥ガスを通し、接続ゾーンにおける接続されたファイバの表面から水分を取り除く。ステップ４１０において、接続ゾーンが加熱されている間にトーチ火炎の周りにガスを通し、トーチ火炎からの塵埃粒を取り除く。ステップ４１２において、熱処理が完了した後、トーチ火炎を接続ゾーンの長手方向にスキャンし、接続されたファイバのガラス表面を修復する。
【００４６】
上記記載は当業者が本願発明を実施することができるように詳細に記述したが、上記開示は例示的なものであり、これら教示に理解を示す当業者には、種々の修正や変形は明らかである。従って、本願発明は、唯一特許請求の範囲で規定されたものであり、特許請求の範囲の記載に対し、従来技術によって許される可能な限り広範な解釈がなされることを求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）の半径方向断面図である。図は原寸に比例していない。
【図２】図１で示されたＳＳＭＦの断面屈折率（ＲＩ）分布のグラフを示す図である。
【図３】分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の一例の半径方向断面図である。図は原寸に比例していない。
【図４】図３に示されたＤＣＦの屈折率断面分布のグラフを示す図である。
【図５】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の長手方向断面図である。
【図６】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図７】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図８】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図９】図１のＳＳＭＦと図３のＤＣＦから製造された光伝送線の接続損失を減少させる技術を示す説明図である。
【図１０】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１１】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１２】図６乃至図９で示された技術においてＳＳＭＦ及びＤＣＦのドーパントの変化を示す説明図である。
【図１３】図１２の接続点におけるＳＳＭＦの半径方向断面図である。
【図１４】図１３のＳＳＭＦの屈折率断面（ＲＩ）分布を示す図である。
【図１５】図１２の接続点におけるＤＣＦの半径方向断面図である。
【図１６】図１５のＤＣＦの屈折率断面（ＲＩ）分布を示す図である。
【図１７】 本願で述べられた技術に実際に使用するのに適した熱処理装置の例の外観を示す図である。
【図１８】本発明におけるガストーチ装置を示す図である。
【図１９】本発明における第２のガストーチ装置を示す図である
【図２０】酸素流量の関数として示された接続強度の平均値を示す図である。
【図２１】本発明における加熱スキャン技術を示す図である。
【図２２Ａ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２２Ｂ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２２Ｃ】本発明においてトーチガス流を増加、減少した場合の図である。
【図２３】本発明の一側面に従って製造された接続の損失と強度を示す説明図である。
【図２４】本発明の方法のフローチャートを示す説明図である。
【符号の説明】
２００ ガストーチ装置
２０２ 接続されたファイバ
２０４ ファイバの接続点
２０６ トーチ
２０８ 内側の管
２１０ 外側の管
２１２ 煙突
２１４ 除去用ガス供給管
２５０ トーチ
２５２ 内側の管
２５４ 中央の管
２５６ 外側の管
Claims (5)
- 第１のファイバが接続点（２０４）で第２のファイバに接続され、前記接続されたファイバには熱処理装置で荷重が加えられ、そして接続点（２０４）を含む接続領域における前記第１および第２のファイバのモードフィールドを熱的に拡張するためにガストーチ（２０６）火炎を用いる、低損失、高強度の光伝送線（２０２）を製造する改良された方法であって、
（ａ）前記接続されたファイバ（２０２）の表面に水分が存在することを回避するために、熱処理の間に、１００ｐｐｍよりも小さい水分含有量を有する乾燥した燃焼補助ガス（２１０）をトーチ火炎の燃焼領域に通す段階と、
（ｂ）火炎の近くに塵埃粒が存在することを回避するために、不燃の塵埃除去ガス（２１４）を前記接続領域に通す段階とからなることを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、前記乾燥した燃焼補助ガスは乾燥した酸素ガスを含むことを特徴とする方法。
- 請求項２に記載の方法において、前記乾燥した酸素ガスに不活性ガスが加えられることを特徴とする方法。
- 請求項１に記載の方法において、前記不燃の塵埃除去ガスは窒素であることを特徴とする方法。
- 請求項１に記載の方法においてさらに、
前記モードフィールドの拡張が完了した後に、ガストーチ火炎を使用して、前記第１と第２のファイバの表面を滑らかにすることを特徴とする方法。
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