JP4974456B2 - 光ファイバプリフォームの製造方法、光ファイバプリフォームとそれに関連する光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの分野、光ファイバプリフォーム、一次プリフォーム上にプラズマビルトアップを実施して得られる光ファイバ最終プリフォームの製造方法に関する。

一次プリフォームを得るための方法のファミリーはいくつかある。次のものがよく知られている。チューブの内側に物質を堆積させるＣＶＤ（化学気相堆積法）型のチューブを使う技術、および軸に沿って材料を堆積させるＶＡＤ（気相軸付法）型、あるいはマンドレルの外面上に材料を堆積させるＯＶＤ（外付け法）型のチューブレス技術。本発明は、チューブのある一次プリフォームを得るための、チューブをベースにした技術、すなわちＣＶＤ型には関しない。本発明は、一次プリフォームを得るためのチューブレス技術、すなわちＶＡＤ型あるいはＯＶＤ型に関する。

未公開（ｎｏｎ ｐｒｅｐｕｂｌｉｓｈｅｄ）欧州特許出願第１，３８８，５２５号は、ロッドの、少なくともコアおよび内部クラッド層の周囲を、少なくとも高粘性クラッド層を含むチューブで被覆するステップと、チューブを加熱および収縮化して、あるいは加熱にプラズマフレームを使用して、高粘性クラッド層を形成するガラス粒子を堆積させると同時にガラス粒子を加熱して前記ロッドと前記チューブを一体化させるステップとを含むプリフォームの製造方法に関する。

米国特許出願２００３／０１４０６５９Ａ１によれば、コアロッドをクラッドチューブ内に同軸を有するように配置して、コアロッド上にクラッドチューブを崩壊させる。コアロッドとクラッドチューブの間の環状の隙間に面した表面を、約１，０００℃の温度にある塩素を含有する空気に当てて清浄化し脱水する。その後、このアセンブリを電気炉中２，１５０℃の温度（炉の温度）に加熱することによって、溶融プロセスでクラッドチューブをコアロッドに接合する。環状の間隙は、鉛直に配置したアセンブリを順次加熱することによって容易に狭まる。クラッドチューブは、いったんコアロッド上に崩壊すると、第２のクラッドガラス層を形成する。

米国特許第５，５２２，００７号は、プラズマ堆積法を使用する光ファイバプリフォームをビルドアップする方法に関するもので、この方法は、
プラズマトーチを使用してビルトアップする一次プリフォーム上に、ビルドアップシリカを堆積させるステップと、
前記のビルドアップしたシリカ中に、制御された方法で水酸基イオンを注入し、続いてプラズマトーチの炎で前記一次プリフォームをビルドアップするステップと、
ビルドアップするシリカを構成するために、シリカ粒(ｇｒａｉｎ)を使用するステップを含む。

ある従来技術によれば、光ファイバの最終プリフォームを得るために、ＶＡＤやＯＶＤによって得られた一次プリフォームを、非常に分厚くて大口径のスリーブチューブを使用してスリーブ化し、それから、このプリフォームを線引きして光ファイバを得ている。これらの嵩高いスリーブチューブを使用するスリーブ化の操作は、この大きなスリーブチューブの費用それ自体が大変高いために、きわめて費用がかかる。一次プリフォームに天然または合成粒子をプラズマで上塗りして最終プリフォームを得る技術は、ＣＶＤによって得られた一次プリフォームの場合よく知られている。天然または合成粒子は厚みのあるスリーブチューブよりかなり安いため、このスリーブ化技術ははるかに費用が少なくてすむ。

出願人の知る限り、ＶＡＤまたはＯＶＤによって得た一次プリフォーム上に、粒子をビルトアップすることによって光ファイバ最終プリフォームを得るという従来技術は存在しない。

このような最終プリフォームは、一次プリフォームを得るためにＣＶＤプロセスに代わってＶＡＤやＯＶＤプロセスを使用しているので、さらに良好な減衰を示す光ファイバを得ることが間違いなく可能となるであろうし、しかも一次プリフォームから最終プリフォームを得るために、分厚いスリーブチューブによるスリーブ化に代わって、粒子によるビルトアップを使用することで魅力的製造コストを維持する。

しかし、これは正しくない。ＣＶＤによって得た光ファイバに対する良好な減衰が０．１９５ｄＢ／ｋｍに相当するならば、驚くことにＶＡＤ型またはＯＶＤ型一次プリフォーム上へ天然粒子のプラズマビルトアップを使用すると、得られた光ファイバの減衰は、例えば、０．１９５ｄＢ／ｋｍ〜０．１９０ｄＢ／ｋｍとはとてもならずに、逆に０．２１０ｄＢ／ｋｍに高まり、すなわち減衰において大きな品質低下となるであろう。ＣＶＤの場合、一次プリフォームと粒子ビルトアップ層の間にチューブが本来的に存在して不純物に対する物理的バリヤを形成し、対面する層に含まれる不純物が一次プリフォーム中に拡散するのを阻止することが見出されていたが、ＶＡＤではこれと同じチューブは存在せず、ＯＶＤの場合も同様であり、ビルトアップ層の不純物の一次プリフォーム中への本質的な拡散を許している。

従って、スリーブチューブ外面と粒子によるビルトアップ層内面との間に存在する物理的界面で、粒子のビルトアップ層からくる不純物の移動を封鎖するために、ＶＡＤまたはＯＶＤによって得られた一次プリフォームと、粒子のビルトアップ層との間に、比較的厚みの薄いスリーブチューブを置くことが考えられるが、この界面は、粒子ビルトアップ層から来て、線引き後に光ファイバの活性コアに相当する一次プリフォームに向かう不純物を、捕捉するのに好ましいサイトである。この界面は、最終プリフォームの段階と、その界面が残る光ファイバの段階の双方において、不純物補足の好ましいサイトとしてはたらく。スリーブチューブの厚みが薄くなるほど、粒子ビルトアップ層を比例してより分厚くすることで、最終プリフォームおよび光ファイバの製造費用がより低下する。

しかし、機械特性のために、スリーブチューブは、より薄くすると脆くなりすぎる恐れのある最小の厚みを維持しなければならない。ＶＡＤまたはＯＶＤで得られた一次プリフォームと粒子ビルトアップ層の間に、比較的薄いスリーブチューブを挿入することは、続いて得られる光ファイバに関して、ＶＡＤおよびＯＶＤプロセスに固有の良好な減衰を維持することを可能にするのみでなく、粒子を使ったプラズマビルトアッププロセスに固有の低い製造費用をも可能にする。プリフォームの製造プロセスには、一次プリフォームと粒子によるビルトアップの間にスリーブチューブを挿入する、追加のステップが含まれるが、この追加ステップに関する余分の費用は、一次プリフォームから最終プリフォームを製造する最中に、分厚いスリーブチューブを粒子に置き換えることによって獲得される利益によって、ほぼ補償されることが立証される。ＶＡＤまたはＯＶＤで得られた一次プリフォームと粒子のビルトアップ層の間に挿入された薄いスリーブチューブは、かなり純粋なシリカ、すなわち不純物を含まないが、ドーパントを含みうるようなシリカで製造することが望まれ、これは、例えばＣＶＤ堆積プロセスで使用されるチューブと同様の型である。

本発明は、ＶＡＤ一次プリフォーム製造プロセス、およびＯＶＤ一次プリフォーム製造プロセスの双方において、一次プリフォームから最終プリフォームを得るための方法、得られる最終プリフォーム、および最終プロフォームを線引きして得られる光ファイバに関する。

本発明は、ＶＡＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォームを製造するステップと、シリカスリーブチューブを使用して前記一次プリフォームをスリーブ化して得られるスリーブ化された一次プリフォームの製造ステップと、前記スリーブ化された一次プリフォームにシリカ粒子をビルトアップして得られる光ファイバ最終プリフォームを製造するステップを連続して含む、光ファイバの最終プリフォームの製造方法を提供する。

本発明は、ＯＶＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォームを製造するステップと、シリカスリーブチューブを使用して前記一次プリフォームをスリーブ化して得られるスリーブ化された一次プリフォームの製造ステップと、前記スリーブ化された一次プリフォームにシリカ粒子をビルトアップして得られる光ファイバ最終プリフォームを製造するステップを連続して含む、光ファイバ最終プリフォームの製造方法をも提供する。

本発明は、
ＶＡＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォームと、
前記一次プリフォームを取り囲むシリカスリーブチューブと、
前記シリカスリーブチューブを取り囲むシリカ粒子でできたビルトアップ層とを含む光ファイバ最終プリフォームをも提供する。

本発明は、
ＯＶＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォームと、
前記一次プリフォームを取り囲むシリカスリーブチューブと、
前記シリカスリーブチューブを取り囲むシリカ粒子でできたビルトアップ層とを含む光ファイバ最終プリフォームをも提供する。

実施例として示される以下の記述により、および添付した図により、本発明はより明瞭に理解され、他の特徴および長所が明らかになるであろう。

中心に最終プリフォームの光コア１がある。この光コア１は、ＶＡＤまたはＯＶＤによって得られる。光コア１は、光クラッド２によって取り囲まれている。この光クラッド２は、ＶＡＤまたはＯＶＤによって得られる。光クラッド２は光コア１と接している。光コア１および光クラッド２は一緒になって一次プリフォーム３を形成する。光クラッド２および一次プリフォーム３は薄いスリーブチューブ４に取り囲まれ接している。ＶＡＤまたはＯＶＤによって得られる一次プリフォームをスリーブ化するのに通常使用される分厚いスリーブチューブに比べ、スリーブチューブ４は厚みが薄くなる、すなわち厚さはより薄くなり、かなり薄くすることが好ましい。スリーブチューブ４は純粋なシリカ、すなわち不純物を含まないシリカでできている。この純粋なシリカは、ドープされてもドープされなくてもよいが、合成シリカが好ましい。スリーブチューブ４はシリカ粒子でできたビルトアップ層５に取り囲まれ接している。ビルトアップ層５は均一であってもよく、あるいは光ファイバの型によって、異なる粒子の特に異なる品質のビルトアップサブレイヤーであって、最外層が最も低品質である数層で構成されていてもよい。シリカ粒子は、光ファイバプロフィールの所望する型によって、ドープされてもドープされなくてもよい。このシリカ粒子は、天然または合成シリカでよい。天然シリカ粒子は合成シリカ粒子より安価であるが、品質に劣る。しかし、本発明の関与する最終プリフォームの型の場合、合成粒子はファイバの線引きをより難しくして、このことが、天然粒子すなわち石英粒子を好ましいとする理由である。光コア１は外部半径ａおよび外直径２ａを有する。光クラッド２は外部半径ｂおよび外直径２ｂを有する。一次プリフォーム３は外部半径ｂおよび外直径２ｂを有する。スリーブチューブ４は外部半径ｃおよび外直径２ｃを有する。ビルトアップ層５は単一層からなり、あるいは互いに異なり、互いに相違するシリカ粒子で構成されうるサブレイヤーからなり、外部半径ｄおよび外直径２ｄを有し、厚みはｆである。スリーブチューブ４は厚みがｅである。一次プリフォームの外直径は、例えば約３０ｍｍである。最終プリフォームの外直径２ｄでもある、ビルトアップ層５の外直径２ｄと、光コア１の直径２ａの比は、例えば約１４である。

最終プリフォームの線引きプロセスを比較的高い炉温度で操作すると、不純物の拡散が助長されるが、本発明による方法では、不純物の拡散が阻止されるため、ますます有利になる。炉内にある気相流体が低い熱伝導率を示す場合には、例えば、ヘリウム５０％／アルゴン５０％の混合物がその場合であるが、炉の温度はより高くなるであろうが、より費用のかさむヘリウム単独使用と対照的である。従って、本発明は一般的に、低コストプロセスにおいて特に有利である。

良好な機械特性を維持するためには、スリーブチューブ４は少なくとも１．５ｍｍの厚さｅを有することが好ましい。

最終プリフォームの製造コスト、および最終プリフォームを線引きして得られる光ファイバの製造コストを減少させるためには、最終プリフォームが以下の特性を一つまたは複数もつことである。スリーブチューブ４の外直径２ｃは、一次プリフォーム３の外直径２ｂのせいぜい１．５倍であることが好ましい。スリーブチューブ４の厚みｅは、せいぜい３ｍｍが好ましい。ビルトアップ層５は、同じ目標のためには、一つおよび／または別の下記特性を有することである。ビルトアップ層５の外直径２ｄが光コア１の外直径２ａの１０倍を超えることが好ましい。ビルトアップ層５の厚みｆは、少なくとも一次プリフォームの外直径２ｂに等しいことが好ましい。

最終プリフォームの製造コストと機械特性との折り合いを最適化するためには、最終プリフォームは一つおよび／または別の以下の特性を有することである。スリーブチューブ４の厚みは、一次プリフォーム３の外直径２ｂの５％〜１２％であることが好ましい。スリーブチューブ４の外直径２ｃは光コア１の外直径２ａの、４．５倍〜５．５倍であることが好ましい。

最終プリフォームのスリーブチューブ４が、ビルトアップ層５から一次プリフォーム３へ不純物の拡散に対して十分なバリヤを形成することが好ましく、その結果、最終プリフォームを線引きして得られる光ファイバの減衰は、せいぜい０．２００ｄＢ／ｋｍであり、０．１９５ｄＢ／ｋｍなら好ましく、０．１９０ｄＢ／ｋｍなら有利である。

本発明に従い最終プリフォームを線引きして得た本発明の光ファイバは、低コスト通信システムに使用するのが好ましく、それは低コスト長距離通信システム（「長距離」は数百から数千ｋｍの距離を一般的には意味する）、でなければメトロポリタン通信システム（「メトロポリタン」は中程度の距離、すなわち数ｋｍから数十ｋｍを意味する）でもよい。

本発明による最終プリフォームの概略断面図である。

Claims (16)

1. ＶＡＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォーム（３）を製造するステップと、
   シリカスリーブチューブ（４）を使用して前記一次プリフォーム（３）をスリーブで覆って得られるスリーブ付き一次プリフォームを製造するステップと、
   前記スリーブ付き一次プリフォームにシリカ粒子をビルトアップして得られる光ファイバ最終プリフォームを製造するステップと
   を連続して含む光ファイバ最終プリフォームの製造方法であって、
   前記スリーブチューブ（４）の外直径（２ｃ）が、前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）のせいぜい１．５倍であり、前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）が少なくとも１．５ｍｍである該製造方法。
2. ＯＶＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォーム（３）を製造するステップと、
   シリカスリーブチューブ（４）を使用して前記一次プリフォーム（３）をスリーブで覆って得られるスリーブ付き一次プリフォームを製造するステップと、
   前記スリーブ付き一次プリフォームにシリカ粒子をビルトアップして得られる光ファイバ最終プリフォームを製造するステップと
   を連続して含む光ファイバ最終プリフォームの製造方法であって、
   前記スリーブチューブ（４）の外直径（２ｃ）が、前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）のせいぜい１．５倍であり、前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）が少なくとも１．５ｍｍである該製造方法。
3. ＶＡＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォーム（３）と、
   前記一次プリフォーム（３）を取り囲むシリカスリーブチューブ（４）と、
   前記シリカスリーブチューブ（４）を取り囲むシリカ粒子でできたビルトアップ層（５）と
   を含み、前記スリーブチューブ（４）の外直径（２ｃ）が、前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）のせいぜい１．５倍であり、前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）が少なくとも１．５ｍｍである光ファイバ最終プリフォーム。
4. ＯＶＤ堆積プロセスによって得られる一次プリフォーム（３）と、
   前記一次プリフォーム（３）を取り囲むシリカスリーブチューブ（４）と、
   前記シリカスリーブチューブ（４）を取り囲むシリカ粒子でできたビルトアップ層（５）と
   を含み、前記スリーブチューブ（４）の外直径（２ｃ）が、前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）のせいぜい１．５倍であり、前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）が少なくとも１．５ｍｍである光ファイバ最終プリフォーム。
5. 前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）が前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）の５％〜１２％であることを特徴とする請求項３または４に記載のプリフォーム。
6. 前記スリーブチューブ（４）の厚み（ｅ）がせいぜい３ｍｍであることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のプリフォーム。
7. 前記一次プリフォーム（３）が光コア（１）および光クラッド（２）を有し、前記スリーブチューブ（４）の外直径（２ｃ）が前記光コア（１）の外直径（２ａ）の４．５〜５．５倍であることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のプリフォーム。
8. 前記一次プリフォーム（３）が光コア（１）および光クラッド（２）を有し、前記ビルトアップ層（５）の外直径（２ｄ）が前記光コア（１）の外直径（２ａ）の１０倍超であることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載のプリフォーム。
9. 前記ビルトアップ層（５）の厚み（ｆ）が前記一次プリフォーム（３）の外直径（２ｂ）と少なくとも等しいことを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載のプリフォーム。
10. 前記シリカ粒子が天然シリカ粒子であることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載のプリフォーム。
11. 前記シリカ粒子が合成シリカ粒子であることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載のプリフォーム。
12. 前記ビルトアップ層（５）から前記一次プリフォーム（３）への不純物拡散に対して前記最終プリフォームのスリーブチューブ（４）が十分なバリヤを形成し、その結果前記最終プリフォームを線引きして得られる前記光ファイバの減衰が大きくとも０．２００ｄＢ／ｋｍであることを特徴とする請求項３から１１のいずれか一項に記載の最終プリフォームを線引きして得られる光ファイバ。
13. 前記ビルトアップ層（５）から前記一次プリフォーム（３）への不純物拡散に対して前記最終プリフォームの前記スリーブチューブ（４）が十分なバリヤを形成し、その結果前記最終プリフォームを線引きすることによって得られる前記光ファイバの減衰が大きくとも０．１９５ｄＢ／ｋｍであることを特徴とする請求項３から１２のいずれか一項に記載の最終プリフォームを線引きして得られる光ファイバ。
14. 前記ビルトアップ層（５）から前記一次プリフォーム（３）への不純物拡散に対して前記最終プリフォームの前記スリーブチューブ（４）が十分なバリヤを形成し、その結果前記最終プリフォームを線引きすることによって得られる前記光ファイバの減衰が大きくとも０．１９０ｄＢ／ｋｍであることを特徴とする請求項３から１３のいずれか一項に記載の最終プリフォームを線引きして得られる光ファイバ。
15. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載の光ファイバを含む低コスト長距離通信システム。
16. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載の光ファイバを含む低コストのメトロポリタン通信システム。

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