JP5249954B2 - 圧密中の光ファイバケーン／プレフォーム変形の削減 - Google Patents

圧密中の光ファイバケーン／プレフォーム変形の削減 Download PDF

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Description

本発明は、概して、低粘度コアの光ファイバケーン（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃａｎｅ）の形成、特に、アルカリドープド内側コアを備えた光ファイバコアケーンの形成に関する。
光ファイバコアケーンは、ガラススートを、内側コアアルカリドープドガラスロッドに堆積して多孔性スートプレフォームを形成し、次いで、スートを圧密するのに十分な速度で、プレフォームを加熱区域に通して動かすことにより、スートを圧密（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅ）して外側コアを形成することによって製造される。
外側コア圧密中、プレフォームは放射状および軸方向に収縮する。外側コア領域に対して、内側コアロッドの下部が隆起または変形するのが観察された。この現象は、他のタイプのコアケーン（例えば、標準の単一モードの光ファイバプレフォームを作製するのに用いるゲルマニアドープドシリカケーン）に堆積したスートを圧密するときに以前から観察されている。「パドリング（ｐｕｄｄｌｉｎｇ）」とも呼ばれるこの変形は、周囲オーバークラッド（外側コア）領域に比べて、比較的低粘度（アルカリドープドコアケーンの場合のように）の内側コアケーン領域の結果であり、これは、圧密プロセス中の、光プレフォームの下部領域への、低粘度の内側コアガラスの移動に起因すると推論した。このパドリングによりまた、プレフォームの上部領域を犠牲にして、下部領域のアルカリ濃度が濃縮された。濃縮のために、下部領域アルカリ濃度は、低損失ファイバにとって必要な最適範囲より高く、上部領域は、最適範囲より低い濃度を有していた。従って、「パドリング」現象は、低損失ファイバを製造する後の処理のための圧密後、使用できるコアケーン（内側コア領域と外側コア領域で構成される）の量を大幅に減じた。より具体的には、圧密中、プレフォームに、スートを粘性焼結するのに十分な高温が加わる。焼結が生じると、スート密度は、レイダウン条件に応じて、０．２〜０．７ｇ／ｃｃの範囲〜約２．２ｇ／ｃｃの固体ガラス密度まで増大する。このプロセスには、密度が増大しても質量を一定のままとするために、ブランクの放射状および軸方向収縮が伴う。外側コア領域の圧密中、ガラス収縮プロセスによって、固体ガラスの内側コアケーンに放射状および軸方向応力が形成される。
推論に基づくと、大抵の光ファイバ組成物について、内側コア粘度は、圧密プロセス中、コアが剛性を保持するのに十分に高く、変形が少なくなる。アルカリドープド内側コアケーンの場合には、内側領域ガラスの軟化点は、外側コア領域の対応の軟化点より２００℃超低い。内側コア領域の粘度が、外側コア領域を圧密するのに必要な温度で低いため、焼結中に生成される応力およびフローは、外側コア部分に対して内側コアケーンを変形させ、パドリングするのに十分である。焼結中の低いスート密度で、スートは容易に変形して、内側コアは、プレフォームの下部の外側コアに対して、膨張する内側コア隆起に対応し、プレフォームの上部の外側コアに対して、内側コアがこれに対応して狭くなる。
コアケーンは、パドリングが観察されるところでは、全体のブランク長さより使用できる長さが短い。さらに、上述したとおり、パドリング現象によってまた、コア領域のドーパントの分布が変わり、製造プロセスに誤差および不確実性が生じる。例えば、図１に、アルカリドープド内側コア１０とシリカ外側コア１２とを含むシリカでオーバークラッドされた圧密内側ケーン（コアブランク）を示す。この図には、圧密中の内側コア１０のパドリングが示されている。より具体的には、内側コア１０が変形して、隆起（領域Ａ）が示されている。形状の変形に加えて、コアケーンの領域Ａには、アルカリドーパントが多すぎ、領域Ｃ（外側コア領域に対して、内側コア領域の狭い部分）には、アルカリドーパントの要件からは少なくとも十分でなく、ケーンのＢ領域のみが使用できる。図２は、圧密後の、変形した内側コアブランク直径（直径対軸方向距離）の変化を測定したグラフである。この図には、内側コア直径が、約４８．７５ｍｍから約４９．７５ｍｍに増大し、直径の増大の大半が、内側コア１０の比較的小さな領域Ａで生じた（４９．２５ｍｍから４９．７５ｍｍ）ことが示されている。
本発明の実施形態によれば、光ファイバケーンを製造する方法は、（ｉ）比較的低粘度のガラス製の内側コアロッドを提供する工程と、（ｉｉ）ＳｉＯ２系のスートを内側コアロッド周囲に堆積して、スートプレフォームを形成する工程であって、スートが、比較的高粘度の材料でできており、低粘度ガラスの軟化点が、高粘度の外側コア領域の軟化点より少なくとも２００℃低い、工程と、（ｉｉｉ）スートプレフォームのスートを、１０００℃〜１６００℃の温度で高温区域に露出することにより圧密する工程とを含む。スートプレフォームの外側部分を比較的早い加熱速度で加熱することにより、スートは圧密される。加熱速度は、スートを高密度化するのに十分なものであり、高密度化された材料に十分な剛性を与え、加熱されたコアロッドを閉じ込め、加熱したコアロッドのパドリングを防ぐ。
本発明の実施形態によれば、光ファイバケーンを製造する方法は、（ｉ）軟化点Ｔｓ１（粘度が１０７.６ポイズの温度）が１４７０℃以下の比較的低粘度のガラス製の内側コアロッドを提供する工程と、（ｉｉ）ＳｉＯ２系のスートを内側コアロッド周囲に堆積して、スートプレフォームを形成する工程であって、スートが、軟化点Ｔｓ２（粘度が１０７．６ポイズの温度）が１６００℃以上の比較的高粘度の材料でできており、低粘度ガラスの軟化点が、高粘度の外側コア領域の軟化点より少なくとも２００℃低い、工程と、（ｉｉｉ）スートプレフォームのスートを、１０００℃〜１６００℃の温度で高温区域に露出することにより圧密する工程であって、それは、スートプレフォームの外側部分を、内側コアロッドが十分に軟化して、パドリングが始まる前に、スートを高密度化するのに十分な比較的早い加熱速度で加熱することによる、工程と、を含む。好ましくは、比較的早い加熱速度は、少なくとも６℃／分である。例えば、この加熱速度は、少なくとも７℃／分、１２℃／分、２５℃／分、５０℃／分、６０℃／分、７５℃／分、１００℃／分またはこれらの間の値であってよい。これらの加熱速度は、例えば、非等温高温区域に比較的高速で通して、（ｉ）加熱素子をスートプレフォームに対して、またはスートプレフォームを加熱素子に対して、プレフォームを動かすことによりなされる。この速度は、例えば、２５ｍｍ／分、３０ｍｍ／分、３５ｍｍ／分、４０ｍｍ／分、５０ｍｍ／分、１００ｍｍ／分、１５０ｍｍ／分、２００ｍｍ／分またはこれらの間の値であってよく、または加熱素子温度を時間と共に増大することによってもよい。
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に規定され、一部は、説明から当業者に明白であり、以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面をはじめとして本明細書に記載された本発明を実施することにより認識されるであろう。
本発明の１つの利点は、「パドリング」の削減または排除であり、圧密後に使用できるケーンの量が増大し、有利である。他の利点は、不均一なドーパント再分布の削減または排除、変形の減少およびブランクの使用可能な長さの増大であり、経費節約、プロセス制御の改善および良好なファイバ属性が得られる。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が本発明の実施形態を表わし、請求された本発明の性質および特徴を理解するための概要または骨組みを与えるものと考えられる。添付の図面は、本発明をさらに理解するためのものであり、本明細書の一部として組み込まれ、かつこれを構成するものである。図面には、本発明の様々な実施形態が示されており、説明と共に、本発明の原理および作用を説明する役割を果たす。
変形したコアを備えたケーンの図である。 圧密後の変形内側コアの変化を測定したグラフである。 比較的低下方駆動（ｌｏｗ ｄｏｗｎ−ｄｒｉｖｅ）速度で圧密された３つの内側コアケーンと、比較的高下方駆動速度で本発明の実施形態により圧密された１つの内側コアケーンに対応する内側コア半径のプロットである。 本発明の実施形態に従って作製された圧密ケーンの異なる部分から再延伸したガラスロッドの屈折率プロフィールを示す。 軟化点（Ｔ、℃）と△Ｔｓ対シリカガラス中のＫ２Ｏ濃度のグラフである。 パドリングを受けたケーンの屈折率プロフィールにおける典型的な変化を示す。 内側ケーン領域（圧密後の２つの異なる焼結ケーンについての）内側コアロッド対軸位置におけるＫ濃度、の推定カリウムレベルを示す２組のデータをまとめてある。 本発明の一実施形態によるアルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバの製造方法を示す。 ガラススートを堆積する方法を示す。 ガラス管にアルカリ金属酸化物をドーピングする方法を示す。 本発明の一実施形態によりガラスロッドを延伸するプロセスを示す。 圧密炉におけるスートプレフォームの部分的な側面断面図を示す。
本発明の実施形態によれば、光ファイバケーンを製造する方法は、（ｉ）比較的低粘度のガラス（例えば、１０７.６ポイズで温度が１４７０℃以下の軟化点Ｔｓ１を有するガラス）製のコアロッド１４４を提供する工程と、（ｉｉ）ＳｉＯ２系のスート１６２を内側コアロッド１４４周囲に堆積して、スートプレフォーム１６０を形成する工程であって、スートが、比較的高粘度の材料（例えば、１０７．６ポイズで温度が１６００℃以上の軟化点Ｔｓ２の材料）でできている、工程と、（ｉｉｉ）スートを、１０００℃〜１６００℃の温度で高温区域に露出することにより圧密することによりファイバケーンを形成する工程とを含み、低粘度ガラスの軟化点は、高粘度外側コア領域のガラスの軟化点より少なくとも２００℃低い。スートは、スートプレフォームの外側部分を比較的早い加熱速度で、加熱することにより圧密される。加熱速度は、スートを高密度化するのに十分なものとして、高密度化された材料に十分な剛性を与えて、（ａ）スートを高密度化して、ガラスクラッド外側コア領域を形成し、（ｂ）内側コア／外側コア直径の変化の比率を１０％以内、好ましくは５％以内に維持する。すなわち、好ましくは、圧密ブランクの内側コア長さの少なくとも８０％の内側コア／外側コア直径の比率を、±５％未満以内に維持する。（すなわち、圧密ブランクの内側コア長さの８０％、好ましくは９８％の（（内径／外径）−（内径／外径）の平均）／（（内径／外径）の平均）が、±０．０５未満である。比較的低粘度および比較的高粘度の材料／ガラスは、絶対軟化点差△Ｔ＝ＴＳ２−ＴＳ１（１０７．６ポイズで測定した温度ＴＳ２およびＴＳ１）が少なくとも１００℃の２つのガラスである。一部の実施形態において、△Ｔ＝ＴＳ２−ＴＳ１（１０７．６ポイズで測定した温度ＴＳ２およびＴＳ１）は少なくとも１５０℃である。一部の実施形態において、△Ｔ＝ＴＳ２−ＴＳ１（１０７．６ポイズで測定した温度ＴＳ２およびＴＳ１）は少なくとも２００℃である。
低粘度ガラスは、例えば、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏおよびこれらの混合物を含有するガラスであってよい。アルカリ金属酸化物は、好ましくは、ケーンに、少なくとも０．５モル％（モル当たり％）好ましくは約０．５〜２．５モル％、より好ましくは約０．５〜２モル％、より好ましくは０．５〜１．５モル％、より好ましくは約０．７５〜１．２５モル％のコアケーンの平均濃度で存在している。本明細書で用いる平均濃度とは、コア全体の平均濃度を意味する。このように、例えば、コアの内側５０パーセントが、０．５モルｐｐｍのＫ２Ｏを示し、コアの外側５０パーセントは、２００モルｐｐｍのＫ２Ｏを示し、コアのＫ２Ｏ濃度は、１７４モルｐｐｍである。好ましくは、シリカ系のコアロッド（すなわち、内側コアロッド）のロッドもフッ素と塩素を含む。好ましくは、シリカ系のコアロッドもフッ素と塩素を含む。
モル％から重量％への換算はガラス業界で周知である。光ファイバ製造に用いる例示の化合物および対応の分子量のリストを以下に示す。
Figure 0005249954
本発明の一部の実施形態によれば、外側コア領域に対応するスートは、比較的早い加熱速度で、スートプレフォームを加熱することにより圧密される。加熱速度は、スートを高密度化するのに十分なものであり、高密度化された材料に十分な剛性を与えて、加熱したコアロッドのパドリングを防ぐために、加熱コアロッドを閉じ込める。好ましくは、（ｉ）圧密プレフォームの軸方向長さの８０％の内側コア直径対外側コア（ブランク）直径の変化の比率を、１０％未満、好ましくは５％未満に保つ、および／または(ｉｉ）平均アルカリ濃度の±１０％、より好ましくは５％以内で、圧密ロッドの長さに沿って、アルカリ濃度は一定（同じ半径で測定したときに）である。
ある実施形態によれば、この加熱速度は、コアロッドがパドルするのに十分に軟化する前に、スートを高密度化するのに十分である。好ましくは、比較的早い加熱速度は、少なくとも６℃／分である。例えば、この加熱速度は、少なくとも７℃／分、あるいは、１２℃／分、２５℃／分、５０℃／分、６０℃／分、７５℃／分、１００℃／分、あるいはこの間の加熱速度であり得る。これらの加熱速度は、例えば、プレフォームを、非等温高温区域に比較的高速で通して、プレフォームを非等温高温区域に対して動かすことにより（加熱素子をスートプレフォームに対して、またはスートプレフォームを加熱素子に対して動かすことにより）なされる。この速度は、例えば、２５ｍｍ／分、３０ｍｍ／分、３５ｍｍ／分、４０ｍｍ／分、５０ｍｍ／分、１００ｍｍ／分、１５０ｍｍ／分、２００ｍｍ／分またはこれらの間の速度であってよい。または加熱素子温度を時間と共に増大することによってもよい。あるいは、加熱速度は、加熱素子温度を時間と共に増大することによって達成され得る。
本願出願人は、コアケーンの温度を最少にする、例えば、外側コアスートの早い焼結速度を利用することにより、パドリングを最少にできることを知見した。このようにすると、ブランクを焼結するのに十分な加熱／時間が与えられるが、コアケーンが軸方向および半径方向に高温に露出される時間を最少にする。
数字としては、プレフォーム製造プロセス中、次の７つのパラメータを調べた。最初の外側クラッドＳｉＯ２スート密度（ｇ／ｃｃ）、内側ケーン半径（ｍｍ）、ケーン中Ｋ２Ｏ平均濃度（モル％）［軟化点（℃）（１０７．６ポイズの粘度についての温度］、ケーン／クラッド比、高温区域ピーク温度℃、初期ブランク温度℃およびスート／内側ケーンプレフォーム加熱速度（℃／分）。これらのパラメータの中で、早い加熱速度（モデル化した結果のいくつかを、高温区域への下方駆動速度を増大することにより、実験で行って示してある）だとパドリングが最少となった。図３は、比較的低下方駆動速度で圧密された３つの内側コアケーンと、比較的高下方駆動速度で本発明の実施形態により圧密された１つの内側コアケーン、内側コア半径のプロットである。比較的低速度で圧密コアケーンはパドリング領域Ｐを含む。図３には、比較的高焼結速度で焼結を実施したときに、パドリングが最少化され、および／または、排除されたことが示されている。
図４Ａに、本発明に従って作製された圧密ケーンの異なる部分から再延伸したガラスロッドの屈折率プロフィールを示す。この図から、４つの屈折率プロフィールにおける変化がほとんどないことが分かる。４つの測定は、ケーンの上から下へ進む順で、等間隔の４つの位置に対応している。この例示の実施形態において、パドリングの減少は、１４ｍｍ／分の下方駆動速度（７℃／分の加熱速度）に対応している。好ましくは、下方駆動速度は、少なくとも２５ｍｍ／分（１２．５℃／分の加熱速度）である。例えば、下方駆動速度は、少なくとも３５ｍｍ／分（１７．５℃／分の加熱速度）、４０ｍｍ／分（２０℃／分の加熱速度）、５０ｍｍ／分（２５℃／分の加熱速度）、１００ｍｍ／分（５０℃／分の加熱速度）、１２０ｍｍ／分（６０℃／分の加熱速度）、１５０ｍｍ／分（７５℃／分の加熱速度）、２００ｍｍ／分（１００℃／分の加熱速度）またはこれらの間の速度であってよい。
軟化点温度は、ガラスの粘度が１０７．６ポイズである温度である。図４Ｂに、軟化点（Ｔ、℃）とシリカガラス中のＫ２Ｏ濃度の関係をグラフで示す。内側コアアルカリ（例えば、Ｋ２Ｏ）濃度が変化し、周囲スートが純粋なシリカ製の場合の、ΔＴ＝Ｔｓ２−Ｔｓ１に対する影響も示す。以下の表２に、純粋なシリカガラス、ゲルマニアおよびフッ素ドープドシリカガラスの軟化温度および例示のアルカリドープドシリカガラスの対応の軟化温度をはじめとするいくつかの例示のガラスの軟化点を示す。
Figure 0005249954
表２には、アルカリの添加によって、純粋なＳｉＯ２ガラスより大幅に低い軟化温度となることが示されている。従って、上記の推論に基づくと、均一な（焼結）オーバークラッドアルカリドープド内側コアケーンプレフォームを得るのが難しくなる。低粘度の内側コアケーンは、スートプレフォームの焼結中、外側クラッドに対して不均一に流れ、変形するからである。プレフォームのこのパドリングは実験的に観察され、大きな問題となる。
図５に、パドリング現象が生じたケーンの屈折率プロフィールの典型的な変化を示す。この図によれば、圧密ケーンの異なる部分から再延伸した６つのガラスロッドの屈折率プロフィールにおいて大きな変化が示されている。６つの測定は、ケーンの上から下へ進む順で、等間隔の４つの位置に対応している。図４Ａおよび５に対応するスートプレフォームは、同一であり、スートプレフォームの圧密は、焼結中、図５に対応するスートプレフォームの下方駆動速度が７ｍｍ／分（３．５℃／分の加熱速度に対応）であった以外は、同じ条件下で実施した。遅い下方駆動速度を用いてプレフォームを圧密すると、コアロッドが変形しないよう拘束するのに十分にオーバークラッドが剛性となる前に、コアロッドがパドルするのに十分に加熱される。
図６に、ブランク内の軸方向位置に対する推定カリウムレベルを示す２組のデータをまとめてある。本発明の早い速度のプロセス（早い焼結、Ｆ）によって、ブランク中でかなり均一なカリウムの軸方向分布となり、一方、標準焼結（Ｓ）速度では、パドリングが生じると、下部にカリウムが濃縮する。
本明細書に開示されたアルカリドープドコアを有するファイバプレフォームケーン／ファイバは、例えば、アルカリドープドガラスロッドを提供し、標準ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤまたはＶＡＤ法を用いて、その上にシリカスート（ドープドまたはアンドープド）を堆積することにより、当業者が製造することができる。しかしながら、用いる方法に関わらず、光ファイバに必要なコア領域デルタには、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ)、ルビジウム（Ｒｂ）、リチウム（Ｌｉ）またはセリウム（Ｃｓ）等の十分なアルカリ（Ｒ）をコアに組み込むことを必要とし、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の対応のアルカリ酸化物（Ｒ２Ｏ）として計算され、好ましくは０．５〜２．５モル％、より好ましくは０．５〜１．５モル％の範囲内である。
本発明を以下の実施例によりさらに明らかにする。本発明の好ましい実施形態をより詳細に参照し、その例を添付の図面に例示する。可能なときは、同じまたは同様の部分を指すのに、同じ参照番号を図面に用いている。本発明のファイバコアを製造するプロセスを組み込む光ファイバの製造方法の例示の一実施形態を図７に示す。概して、全体に参照番号４００で示されている。
実施例１
図７に示されているのは、アルカリ金属酸化物を、前駆体内側コアケーンである好適なシリカガラス物品に拡散することにより、アルカリドープド光ケーン（そしてファイバ）を製造するための、本発明の実施形態による第１の例示の方法４００である。方法４００の第１の工程４０１（シリカ含有スート管を形成）が示されており、図７および８を参照して説明する。通常の外側蒸着プロセスの図である図８を参照すると、少なくとも１つのスートバーナー１５６を用いて、多層のシリカスート１６２を、マンドレル１４４に堆積して、スートプレフォーム１６０を形成している。得られたスートプレフォームを、標準塩素乾燥技術を用いて乾燥する（工程４０３）。本実施形態において、スートをフッ素含有化合物（例えば、ＳｉＦ４）雰囲気に、乾燥工程で残った塩素の大半または全てを除去するのに十分な時間および温度で露出することにより、スートはフッ素によりドープされる（工程４０５）。フッ素含有雰囲気（フッ素スイープ）への露出は、好ましくは、約１１００℃未満の温度で行って、ガラスが高レベルのフッ素でドープされるのを防ぐ。例えば、０．１〜０．４重量％のフッ素といった低レベルのフッ素ドーピングが望ましい。得られるフッ素（および潜在的に塩素）ドープドスート管を圧密する（工程４０７）。
圧密ガラス管をアルカリドープ（工程４０８）して、崩壊（工程４２６）させて、アルカリドープドロッドを形成する。例えば、図９を参照すると、得られるガラス管１０６は、好ましくは、まず、旋盤１０１（例えば、ガラス加工旋盤や通常の修正化学蒸着（ＭＣＶＤ）ガラス成形旋盤）のチャック間に装着する。２つの環形ネック状変形部１１２を、リザーバを管に火炎加工またはその他溶接することにより、管１０６の壁に鍛造し、アルカリ金属源化合物１１０を受けるための好ましい環形リザーバ１０８を、管１０６の一端近くに形成する。他のタイプのリザーバを用いてもよい。好ましくは、環形ネック状変形部１１２は互いに約２ｃｍ離れている。好ましくは、アルカリ金属の結晶化を防ぐために、管１０６および管１０６の内側に堆積した追加のガラスは、実質的に塩素を含まないのが望ましい。実質的に塩素を含まないとは、アルカリ塩化物結晶化による光学損失を排除するだけ十分に塩素含量が低いことを意味する。好ましくは約５００重量ｐｐｍ未満、より好ましくは約１００重量ｐｐｍ未満、最も好ましくは約５０重量ｐｐｍ未満の塩素含量が、この目的に望ましい。さらに、シリカガラス管１０６およびそれに堆積した追加のガラスは、「水」を実質的に含まないものでなければならない。「水」とは、ヒドロキシル基ＯＨを意味する。水は、１３８３ｎｍまたは約１３８３ｎｍに吸収ピークがあり、吸収ピークは、光ファイバの操作波長領域に延びている。このピークは、ファイバ減衰に悪影響がある。従って、水ピークとも呼ばれる吸収ピークを、ガラスのＯＨ含量をできる限り減じることにより、減じるのが望ましい。好ましくは、本実施形態において、ガラス管１０６は、約１００重量ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０重量ｐｐｂ未満のＯＨを含有している。アルカリ金属酸化物ドーパントを拡散する前に、出発ガラス物品が確実に水を実質的に含まないようにするには、シリカガラス管の製造中、通常の塩素乾燥技術を用いる。
図９を再び参照すると、アルカリ源化合物１１０が、管１０６にリザーバ１０８で導入され、熱源１１４により加熱されて、管１０６が回転するにつれて蒸気を形成する。酸素またはキャリアガスを、管１０６の入口１１６に、回転シール１１８を通して流し、アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０を加熱して、アルカリ金属酸化物の管１０６の内部表面１２２への拡散を促す。管１０６には、他のガラスロッド等、中に挿入されたプレフォームコンポーネントがないのが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０は、アルカリが表面１２２に急速に拡散するのを促し、ガラスの失透を防ぐのに十分な温度まで加熱しなければならない。好ましくは、アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０は、熱源１２４により、１５００℃超、より好ましくは約１５００℃〜２０００℃まで加熱される。好ましくは、熱源１２４は、管１０６の部分１２０の長さに沿って横断する。アルカリ金属酸化物源化合物１１２は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、ＣｓおよびＲｂからなる群から選択される元素を含むのが好ましい。好ましくは、アルカリ金属酸化物源化合物１１０は、臭化物、ヨウ化物またはフッ化物である。最も好ましくは、アルカリ金属酸化物源化合物１１０は、Ｋｂｒ、ＫＩまたはＫＮＯ３である。アルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏおよびこれらの混合物）は、管１０６の崩壊前に、管１０６の内側拡散表面１２２から、約１００マイクロメートル〜５００マイクロメートルの深さにわたって拡散していて、アルカリ酸化物ドープドガラス管を形成している。特に、管中の拡散したアルカリ金属酸化物ドーパント濃度（重量％で）は放射状に異なるのが好ましい。好ましくは、ガラス物品（例えば、管１０６）は、図９の拡大図に示されるとおり、濃度が内側半分１０７で最高で、外側半分１０９では低くなるようにドーピングされる。内側半分と外側半分の間の境界点は、管１０６の放射状厚さ（点線１１１で示される）により定められ、その半分に位置している。例えば、拡散は、外側半分１０９のアルカリドーパントのピーク濃度が、内側半分１０７のピーク濃度（重量％で）の５０％未満であるのが好ましい。
拡散プロセスに続いて、管１０６をさらに加熱する工程を行って、当該技術分野において公知の通常の方法により（または本明細書に記載した乾燥方法により）、管１０６の部分的な崩壊を促進して、アルカリ金属酸化物が失われる内側表面積を減じ、アルカリ金属酸化物が拡散されたガラス層を厚くする。拡散ドーピング工程または管１０６の部分崩壊が完了したら、管１２２の拡散表面を任意で、シリカガラスを除去するのに好適なエッチャントにより、管の拡散表面１２２を通して拡散した望ましくない不純物を除去するのに十分な深さまでエッチングしてもよい。例えば、水性ＨＦ溶液をエッチャントとして用いてよい。より好ましくは、フッ化物ガス、例えば、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６またはこれらの混合物を用いる。内側表面１２２から除去された材料の量は、拡散および部分的な管の崩壊中の処理条件に応じて異なるが、エッチング条件は、アルカリ金属酸化物の合計拡散深さの少なくとも約５パーセントの深さまでガラスを表面１２２から除去するのに十分なものであるのが好ましい。エッチングが終了したら、シリカガラス管１６をさらに熱源１２４で加熱して、アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流の管１０６を崩壊して、アルカリ金属酸化物ドープド固体ガラスロッド１３２を形成する。管１０６の崩壊は、好適な熱源（例えば、トーチ）による加熱等、当該技術分野において公知の通常の方法により行う。固体アルカリドープドガラスロッド１３２を、ガラス含有アルカリ金属源化合物リザーバ１０８のその部分から切断する。好ましくは、固体アルカリ金属酸化物ドープドガラスロッド１３２を好適なエッチャントでエッチングして、管１０６の崩壊中トーチにより形成された水和ガラスの一部または全てを除去する。乾燥熱源、例えば、誘導または抵抗ヒーター、プラズマトーチまたはＣＯ等の非水素含有燃料を用いる乾燥熱源を崩壊に用いる場合には、エッチングは必要ない。乾燥熱源を、ドーピングおよび／または崩壊工程に用いると、管の外側のリウェッティング、すなわち、ＯＨ（水）の外側から管への拡散を最少にするものと考えられ、さらにファイバ減衰を減少させる。乾燥熱源は、大量のＯＨ（水）を管に誘導するものではない。
アルカリドープドロッド１３２は、崩壊時、好ましくは、放射状に変化し、内側半分１０７に対応する部分が、アルカリドーパントの最高ピーク濃度（重量％で）を有し、外側半分１０９に対応する部分が低ピーク濃度を有するようなアルカリ金属酸化物の濃度を有する（管１０６と同様に）ことを理解されたい。最も好ましくは、アルカリドーパントのピーク濃度は、ロッドの中央であり、半径の半分の濃度は、ピーク濃度の５０％未満、より好ましくは２５％未満である。
ドープドガラスロッド１３２を再延伸炉１３６で加熱し、小径ガラスロッド１４４へ延伸してもよい。この再延伸プロセスを図１０に示す。前述した崩壊段階から得られたアルカリドープドガラスロッド１３２にはガラスハンドル１３０が取り付けられており、アルカリドープドガラスロッド１３２は、通常の再延伸炉１３６上の可動ダウンフィードサポート１３４に装着される。アルカリドープドガラスロッド１３２の下部に取り付けられた犠牲ガラスロッド１３８をモータ駆動トラクタ１４０により引っ張って、アルカリドープドガラスロッド１３２を好適な速度で延伸する。１５〜２３ｃｍ／分の速度が適切であることが分かっている。速度は、センサ１４２により測定される直径に応じて主に制御される。延伸プロセスより得られた小径ガラスロッド１４４の外径寸法（ｄ１）は、好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、より好ましくは直径寸法６ｍｍ未満である。崩壊工程４２６（図７参照）から得られたロッド１３２の直径寸法が所望の範囲内の場合には、崩壊工程１２６から得られたロッド１３２をガラスロッド１４４として用いてよい。小径ガラスロッド１４４のＫ２Ｏのピーク濃度は、０．５重量％超、好ましくは約１重量％〜５重量％でなければならない。特に、非常に小径のアルカリドープドロッドだと有利である。というのは、ファイバ中心線に非常に近いロッドに存在する遷移金属不純物が濃縮され、悪影響が最少になるからである。
方法４００の工程４２９（図７参照）により示されるとおり、形成されると、内側コアに対応する小径ガラスロッド１４４がさらにオーバークラッドされる。
例えば、図８に示すとおり、小径アルカリドープドガラス内側コアロッド１４４を、出発ロッドとして用いて、追加の多孔性ガラススート１６２を、当該技術分野において公知のＯＶＤ法を用いて、オーバークラッド（すなわち、外側コア）として堆積して、組み立て体１６０を形成する（工程４２９）。典型的な外側蒸着法を図８に示す。図８に示すとおり、ガラスハンドル１５４を、例えば、上述したとおりにして製造した小径アルカリドープドガラスロッド１４４（内側コアに対応）に取り付けると、得られるプレフォームの一体部分となる。ハンドル１５４は、後の処理工程中、堆積プロセスより得られるシリカガラスプレフォームをサポートする方法を提供する。取り付けたハンドル１５４を有するガラスロッド１４４（内側コアロッド）を、旋盤に装着し、例えば、米国特許第４，１６５，２２３号明細書に開示されているようなバーナー１５６に対して回転および移動する。燃料ガスおよび酸素または空気は、源（図示せず）からバーナー１５６に供給する。この混合物を燃やして、火炎を生成し、バーナー１５６から放出する。シリカ前駆体ガス−蒸気混合物を火炎中で酸化して、ガラスロッド１４４に向いたシリカ含有スートストリーム１５８を形成する。ガス−蒸気混合物をバーナー１５６に分配するのに好適な手段は、当該技術分野において周知であり、かかる例示の手段については、米国特許第３，８２６，５６０号明細書、米国特許第４，１４８，６２１号明細書および米国特許第４，１７３，３０５号明細書を参照のこと。複合体スートプレフォーム１６０は、ガラスロッド１４４を、バーナー１５６に何回も横断させることにより形成されて、シリカスート含有多層が構築されて、スートコーティング１６２が形成される。移動動作はまた、バーナー１５６を回転ガラスロッド１４４に沿って前後に動かすことによって、またはバーナー１５６とガラスロッド１４４の両方を組み合わせた移動動作によっても行うことができる。スートコーティング１６２は、好ましくは、実質的に純粋なシリカで構成された複合体プレフォーム１６０のコアガラスの少なくとも一部を形成する。好ましくは、スートコーティングの密度は、０．３５ｇ／ｃｃ超、より好ましくは約０．３５ｇ／ｃｃ〜０．５ｇ／ｃｃである。複合体プレフォーム１６０を、炉にて約１０００℃の温度まで加熱しながら、塩素含有ガスに露出することにより乾燥する。その後、プレフォーム１６０を、任意でフッ素ドープする（工程４３１、図７）。フッ素ドーピング工程中、スートをフッ素でドープするのに好適な温度（例えば、約１０００℃）でフッ素含有ガスにプレフォームを露出することにより、プレフォーム１６０は、好ましくは、フッ素ドープされる。このようにして、外側コア領域が形成される。しかしながら、フッ素ドーピング工程は、例えば、比較的少量のフッ素（０．１重量％〜０．４重量％）となるのに十分な長さで行えばよい。次に、プレフォームを圧密するのに好適な温度までプレフォーム１６０を加熱することにより、プレフォームは圧密される。
より具体的に、図１１に示すとおり、スートを含むプレフォーム１６０を圧密炉に配置し、１０００℃〜１６００℃、より好ましくは１２００℃〜１６００℃、最も好ましくは１４００℃または１４５０℃〜１６００℃の温度の高温区域で傾斜焼結する。加熱速度および／または下方駆動速度（すなわち、高温区域に対するプレフォームの垂直速度）は、スートが圧密するのに十分なものであり、（ｉ）パドリングを防ぐために、加熱内側コアロッドを閉じ込めるのに、十分な剛性を高密度化材料に与え、および／または（ｉｉ）内側コアロッドを加熱する前に、パドルするほど十分に軟化し、および／または（ｉｉｉ）内側コア／外側コアの直径の比を１０％以内に維持しながら、スートを高密度化して、ガラスクラッドを形成する。好ましくは、比較的早い速度は、少なくとも６℃／分である。例えば、この速度は、少なくとも７℃／分、１２℃／分、２５℃／分、５０℃／分、６０℃／分、７５℃／分、１００℃／分またはその間の速度である。パドリングを減じることにより、圧密プレフォーム（ケーン）の軸方向長さの少なくとも７５％、好ましくは９５％を超える内側コア直径対外側ブランク直径の変化は、１０％未満となる。最も好ましくは、圧密プレフォームの少なくとも９８％が、内側コア直径対外側ブランク直径の１０％未満の変化を示す。好ましくは、下方駆動速度は、少なくとも２５℃／分である。例えば、下方駆動速度は、少なくとも３５℃／分、４０℃／分、５０℃／分、１００℃／分、１２５℃／分、１５０℃／分、２００℃／分またはその間の速度である。
複合体プレフォーム１６０を、図１１に示すとおり、圧密炉１７８で加熱して、圧密光ファイバプレフォーム１６４を形成する。圧密炉１７８は、加熱素子１８２に囲まれた高シリカ含量マッフル１８０を含む。高シリカ含量ライナ１８４は、加熱素子１８２をマッフル１８０から典型的に分離する。本明細書で用いる「高シリカ含量」という用語は、純粋なフューズドシリカまたはホウケイ酸ガラス等の高シリカ含量ガラスを意味する。圧密ガス１８６は、固定された円錐セクション１８８を通して、マッフル１８４の下部に供給される。円錐セクション１８８はリングおよび１９２によりサポートされている。圧密ガス１８６は、円錐セクション１８８の１つ以上の孔を通して流れる。
圧密雰囲気は、プレフォームから水を除去するのを補助するために、ヘリウム（約１標準リットル／分）、酸素および塩素（４０〜５０標準ｃｍ／分）を含有していてもよい。特に、塩素は、スートプレフォームの隙間に浸透して、中に含まれるＯＨ、Ｈ２またはＨ２Ｏを流す。堆積したスートが圧密され、優れた光学特性を有する固体高純度ガラスへ変形されるまで、スート含有コアプレフォーム１６０を、高温（プレフォーム組成に応じて、通常、約１４５０℃〜約１６００℃の範囲）で加熱する。プレフォーム１６０が光ファイバコアケーン１６４へ圧密されたら、得られたコアケーン１６４を炉から取り出し、アルゴン充填保持容器に移す。
得られた透明ガラスコアケーンを再延伸して、第２のコアロッド、すなわち、そこから延伸された光ファイバのコアの少なくとも一部を含むガラスロッドを形成する（工程４６６、図７）。第２のコアロッドを、追加のガラスを加える、ガラス管（ガラス管かスート管）でスリーブを付ける、化学蒸着によりガラススートを堆積する（工程４６８、図７）、例えば、スリーブ付けと化学蒸着の両方により、または当該技術分野において公知の他の方法により、さらに処理して、光ファイバへと延伸される準備の整った完成した光ファイバプレフォームを形成もよい。追加のガラスは、コアガラス、クラッディングガラスまたはコアとクラッディングガラスの両方を含んでいてよい。さらに、追加のガラスは、１つ以上の追加の堆積工程により、所望の厚さとしてもよく、各工程後、スートを乾燥し、ドープし、圧密し、小径ロッドへと再延伸する。最終圧密工程（例えば、工程４６７、図７）後、ケーンを光ファイバへ延伸する（工程４７０、図７）。
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変形を本発明に行えることは、当業者には明白であろう。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物に入る本発明の修正および変形を網羅するものとする。

Claims (9)

  1. （ｉ）軟化点Ｔｓ１が１０７.６ポイズで１４７０℃以下であり、少なくとも０．５モル％のアルカリドーパントを含む比較的低粘度のガラス製のコアロッドを提供する工程と、
    （ｉｉ）ＳｉＯ２系のスートを前記コアロッド周囲に堆積させて、スートプレフォームを形成する工程であって、前記スートが、軟化点Ｔｓ２が１０７．６ポイズで１６００℃以上の比較的高粘度の材料でできており、低粘度ガラスの軟化点が、高粘度の外側コア領域の軟化点より少なくとも２００℃低い、工程と、
    （ｉｉｉ）前記スートプレフォームの前記スートを、１０００℃〜１６００℃の温度で高温区域に露出することにより圧密する工程であって、それは、（ａ）前記スートプレフォームの外側部分を、前記コアロッドが十分に軟化して、パドリングが始まる前に、前記スートを高密度化するのに十分な、少なくとも６℃／分の加熱速度で加熱すること、および／または（ｂ）前記スートプレフォームを、前記高温区域に対して、前記スートを高密度化するのに十分な、少なくとも２５ｍｍ／分の速度で動かすことにより、高密度化された材料に十分な剛性を与えて、パドリングを防ぐために、加熱コアロッドを閉じ込めることによる、工程と
    を含むことを特徴とする光ファイバケーンを製造する方法。
  2. 内側コア対外側コアクラッド直径の変化の比率が５％以内であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  3. 前記コアロッドが、ナトリウムまたはカリウムドープドシリカを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  4. 前記コアロッドが、０．５％〜５重量％のカリウムを含むことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  5. 前記スートプレフォームを、前記高温区域に対して、少なくとも３５ｍｍ／分の速度で動かすことを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  6. 前記スートプレフォームを、前記高温区域に対して、少なくとも５０ｍｍ／分の速度で動かすことを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  7. 前記加熱速度が少なくとも２５℃／分であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  8. 前記加熱速度が少なくとも５０℃／分であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光ファイバケーンを製造する方法。
  9. （ｉ）少なくとも０．５モル％のアルカリドーパントガラスを含む比較的低粘度の材料製のコアロッドを提供する工程と、
    （ｉｉ）Ｓｉ系のスートを前記コアロッド周囲に堆積して、スートプレフォームを形成する工程であって、前記スートが比較的高粘度の材料でできており、低粘度の内側コア領域の軟化点が、高粘度の外側コア領域の軟化点より少なくとも２００℃低い、工程と、
    （ｉｉｉ）前記スートを、１２００℃〜１６００℃の温度で高温区域に露出することにより圧密して、光ファイバケーンを形成する工程であって、それは、前記スートプレフォームを、前記高温区域に対して、前記スートを高密度化するのに少なくとも６℃／分の加熱速度で動かすことにより、ガラス外側コアクラッドを形成し、内側コア対外側コアクラッド直径の変化の比率を１０％以内に維持することによる、工程と
    を含むことを特徴とする光ファイバケーンを製造する方法。
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