JP5489713B2 - アルカリ金属酸化物を含有する光ファイバ - Google Patents
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Description
本出願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）項の下で、その内容に基づき、ここに引用される、２００６年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／８１５７３２号および２００６年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／８４０８０７号の利益と優先権を主張するものである。
本発明は、広く、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバおよびその製造方法および製造装置に関する。
減衰は、光ファイバの主な制限特性である。例えば、光ファイバ損失は、光ファイバの増幅器間の制限距離を設定する上で重要な役割を果たす。このことは、例えば、そのような増幅器がかなりのシステムコストを占め、システムの信頼性における主要因となる海底用途などの長距離および超長距離ネットワークにおいて特に重要である。
その結果、減衰をできるだけ最低のレベルまで低減させることに、多大な商業的関心が寄せられている。
本発明のある広い態様は、フッ素と、塩素と、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびそれらの混合物からなる群より選択されるアルカリ金属酸化物とを含む、シリカ系コアを有する光ファイバに関する。アルカリ金属酸化物はコア中に、好ましくは約５０および５００質量ｐｐｍの間、より好ましくは約１００および３００質量ｐｐｍの間の平均濃度で存在する。前記コア中のフッ素の平均濃度は、コア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度より大きいことが好ましく、同様に、コア中の塩素の平均濃度は、コア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度よりも大きいことが好ましい。ここに用いた平均濃度とは、コア全体に亘る平均濃度を意味する。それゆえ、例えば、コアの内側の５０パーセントが３００質量ｐｐｍのＫ2Ｏを示し、コアの外側の５０パーセントが４００質量ｐｐｍのＫ2Ｏを示す場合、コア中のＫ2Ｏの平均濃度は、３５０ｐｐｍとなる。
ファイバのコアが、塩素を約７５０質量ｐｐｍより大きいコア中の平均濃度で含むことが好ましい。クラッドは、コアを取り囲み、好ましくは隣接している、シリカ系クラッドである。クラッドが塩素を１００００ｐｐｍより多い量で含有することが好ましい。コアがゲルマニウムを実質的に含有しないことが好ましく、コアがゲルマニウムを全く含まないことがより好ましい。
ある好ましい実施の形態において、ファイバのコアは、塩素を１００ｐｐｍ未満の量で含有する、コアの中心線に沿って位置する第１の領域と、塩素の含有量が１００ｐｐｍより大きい、第１の領域を取り囲む第２のコア領域とを含む。第１の領域が、第２の領域中の最小フッ素含有量よりも大きい最大フッ素量を有することも好ましい。
コア中の塩素の平均濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きく、さらにより好ましくは１０００ｐｐｍより大きく、最も好ましくは約１５００ｐｐｍより大きい。コア中のフッ素の平均濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きく、さらにより好ましくは１０００ｐｐｍより大きく、最も好ましくは約１５００ｐｐｍより大きい。
ここに開示されたアルカリ金属酸化物のドーピング技法を用いて、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満および１５５０ｎｍで０．１７５ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７０ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示す光ファイバを製造することができる。
光ファイバのコアとクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含有することが好ましい。光ファイバのクラッドガラスはフッ素（Ｆ）を含んでもよい。光ファイバは少なくとも１つのコア部分を有し、ある好ましい実施の形態において、光ファイバは多数のコア部分を有する。光ファイバのモードフィールド半径に等しい半径でのアルカリ金属酸化物濃度が少なくとも約０．００１質量％であることが好ましい。
本発明は、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびその混合物からなる群より選択されるアルカリ金属酸化物を含むコアを有し、そのコアが２０ｐｐｂ未満のＯＨを含有する光ファイバを提案する。
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の実施の形態を提示したものであり、特許請求の範囲に記載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構成を提供することが意図されているのが理解されよう。添付の図面は、本発明をさらに理解するために含められており、本明細書に包含され、その一部を構成する。これらの図面は、本発明の様々な実施の形態を図示しており、説明と一緒に、本発明の原理および動作を説明するように働く。適切な場合には、同一の特徴は同じように番号が振られている。
本発明は、低損失ファイバおよびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、アルカリ金属酸化物ドーパントがドープされた光ファイバおよびその光ファイバおよび関連するプリフォームを製造する方法に関する。ここに用いた以下の用語は、以下の意味を有する。
・ モードフィールド径は、シングルモード光ファイバの端面に亘る光パワーの尺度であり、
により表され、ここで、２ω0はモードフィールド径であり（それゆえ、ω0はモードフィールド半径であり）、λは光の平均波長であり、Φは放射パターンの中心に対する角度であり、積分は０°から９０°まで行われることが好ましい。モードフィールド径は、例えば、試験手法ＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−４４５−１９１−Ａ−２００１にしたがって測定される。
・ 有効面積は、
であり、ここで、積分限界は０から∞までであり、Ｅは、伝搬光に関連する電場である。
・ 屈折率Δは、等式Δi＝（ｎi 2−ｎc 2）／２ｎi 2により定義され、ここで、ｎiは屈折率プロファイル部分ｉの最大屈折率であり、ｎcは、クラッド層の最小屈折率に通常とられる参照領域における屈折率である。相対屈折率は、一般にパーセントとして表され、ここでは項％Δにより示される。別記しない限り、％Δは、クラッドの最小屈折率に対するコアの最大屈折率を表す。
・ 屈折率プロファイルという用語は、光ファイバの選択された部分、一般にはコアに亘る％Δと半径との間の関係である。
・ アルファプロファイルは、以下の等式
にしたがうコアの屈折率プロファイルを称し、ここで、ｒはコアの半径であり、ａはプロファイルの最後の点であり、ｒはプロファイルの最初の点でゼロになるように選択され、ｎ0は関心のあるコア領域の最大屈折率であり、αは、コアプロファイルの形状を定義する指数である。他の一般的なコアの屈折率プロファイルの形状としては、ステップ型屈折率、台形屈折率、および丸みが屈折率変化の急激な領域におけるドーパントの拡散によるものである、丸みのあるステップ型屈折率が挙げられる。
・ コアは、クラッドよりも一般に大きい屈折率を有する光ファイバの部分を称し、よって伝送される光パワーは主にコアを通って伝搬する。コアは、１つ以上の部分から構成されていてもよい。個々のコア部分は、純粋なシリカより大きい、純粋なシリカと等しい、または純粋なシリカより小さい屈折率を有していてよい。
・ 「ｐｐｍ」は、別記しない限り、質量の百万分の一、または「質量ｐｐｍ」を称し、質量パーセント（ｗｔ％）の測定値は、１０，０００をかけることにより、ｐｐｍの変換することができる。
ここに開示された光ファイバは、コア、およびコアを取り囲み、隣接したクラッドを含む。コアはゲルマニウムを実質的に含有しないことが好ましく、コアがゲルマニウムを全く含有しないことがより好ましい。
ある好ましい実施の形態において、単一のコア部分からなるコア、すなわなち、中心コア部分、および中心コア部分を取り囲み、それに隣接しているクラッドが、図１に示されており、図１の屈折率の変形には、先に論じたように、ステップ型、丸み形、アルファまたは三角形を有するプロファイルがあり、ここで、中心コア部分はクラッドに対して正の屈折率Δ1（ｒ）を有する。他の好ましい実施の形態において、コアは、中心コア部分および中心コア部分を取り囲み隣接する第１の環状コア部分などの多数のコア部分、および第１の環状コア部分を取り囲み隣接するクラッドを含み、ここで、中心コア部分は、クラッドに対して負ではない、好ましくは正の、相対屈折率Δ1％（ｒ）を有し、第１の環状コア部分の純粋なシリカは、クラッドに対して負ではない、好ましくは正の、相対屈折率Δ2％（ｒ）を有する。
本発明による光ファイバのある例示の実施の形態が図２に示されている。図２に示されたファイバは、０から約４マイクロメートルに亘るシリカ系コア領域を含み、フッ素ドープトクラッドがこのコア領域を取り囲んでいる。そのコア領域は、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびその混合物からなる群より選択されるアルカリ金属酸化物を、約５０質量ｐｐｍおよび約５００質量ｐｐｍの間のコア中の平均濃度で含む。このコアは塩素およびフッ素をさらに含む。コア中のフッ素の平均濃度がコア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度より大きく、コア中の塩素の平均濃度がコア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度より大きいことが好ましい。ファイバはまた、コアを取り囲み、図２に示した実施の形態においてはコアに隣接しているシリカ系クラッドを含む。
図示した実施の形態において、コア領域は、コアの外側領域（すなわち、約１から約４マイクロメートルに亘る）に含有されるよりも低い平均濃度で塩素を含有する、コアの中心線に沿って位置する第１の中心コア領域（約１マイクロメートルまでに亘る）を含む。特に、中心コア領域中に存在する塩素の平均濃度は、１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満であってよく、第１の領域を取り囲む第２のすなわち外側コア領域中の塩素の平均濃度は、５００ｐｐｍより大きい、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きい、さらにより好ましくは１０００ｐｐｍより大きい、最も好ましくは１５００ｐｐｍより大きくてよい。コア領域中の塩素のピーク濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きい、より好ましくは１０００ｐｐｍより大きい、最も好ましくは１５００ｐｐｍより大きい。
中心コア領域中に存在するフッ素の平均濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きく、最も好ましくは１０００ｐｐｍより大きく、同様に、第１の領域を取り囲む第２のすなわち外側コア領域中のフッ素の平均濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きく、最も好ましくは１０００ｐｐｍより大きい。
コア領域全体に亘るフッ素の平均濃度は、好ましくは５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは７５０ｐｐｍより大きく、最も好ましくは１０００ｐｐｍより大きく、好ましくは５０００ｐｐｍ未満であり、より好ましくは４０００ｐｐｍ未満である。図示した実施の形態において、第２のコア領域中の塩素のピーク濃度は、この第２の領域中のフッ素のピーク濃度より大きいが、この関係は重要ではない。コア領域中の塩素とフッ素の両方の平均濃度は、好ましくは約５００ｐｐｍより大きく、より好ましくは約７５０ｐｐｍより大きく、最も好ましくは約１０００ｐｐｍより大きい。
ある好ましい実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、単一のコア部分、すなわち、中心コア部分、および中心コア部分を取り囲み隣接したクラッドを含み、ここで、クラッドは、純粋なシリカに対して負の屈折率を有し、コアは、フッ素と、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびその混合物からなる群より選択されるアルカリ金属酸化物とを含み、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は、２０および７００ｐｐｍの間、好ましくは５０および５００ｐｐｍの間、さらにより好ましくは１００および４００ｐｐｍの間にあり、コアはさらに、０．２および０．５％の間、好ましくは０．３および０．４％の間のピーク相対屈折率（クラッドに対して）ΔMAXを有する。光ファイバは、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を含む。
光ファイバのコアとクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含有することが好ましい。このアルカリ金属酸化物は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、ＣｓまたはＲｂの酸化物、もしくはそれらの混合物であることが好ましく、アルカリ金属酸化物がＫ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏまたはその混合物であることがより好ましく、アルカリがＫ2Ｏであることが最も好ましい。アルカリ金属酸化物が光ファイバのコア中にピーク濃度を有することが好ましい。アルカリ金属酸化物の濃度は、光ファイバの半径に亘り半径方向に異なってよく、ある場合には、光ファイバの半径の少なくとも一部に沿って、光ファイバの中心線から増加する半径の関数として減少してよい。
図１は、１つのコア部分を有するシングルモード光ファイバの例示の屈折率プロファイル１０、並びに例示のアルカリ金属酸化物濃度プロファイル１２（半径の関数としてのアルカリ金属酸化物濃度）を示しており、これは、本発明を実施することによって達成される。光ファイバは、コア部分１４およびコア部分１４を取り囲むクラッド部分１６を含む。アルカリ金属酸化物濃度が半径の関数として変化することが好ましい。アルカリ金属酸化物の濃度は、一般に、光ファイバの半径の少なくとも一部に沿って光ファイバの中心線から増加する半径の関数として減少することが好ましい。光ファイバのコア部分１４は、図１に示したようなステップ型形状を有してもよく、またはコア部分１４は、丸まった、アルファまたは三角形を有していてもよい。
本発明のファイバは、そのコアにゲルマニウムを実質的に含まないことが好ましい。その代わり、その光ファイバのクラッドは、図１に示したような屈折率プロファイルを形成するために、クラッド中に屈折率を減少させるドーパントを十分に含有する。そのような実施の形態において、クラッド部分１６の屈折率は、純粋なシリカより小さく、もちろん、コア部分１４よりも小さい。ここに開示された光ファイバのクラッド中に使用するための好ましい屈折率減少ドーパントはフッ素である。
本発明によるある実施の形態において、図１に開示されたものなどの光ファイバの屈折率プロファイルは、約１２８０ｎｍおよび１３４０ｎｍの間のゼロ分散波長λ0、約０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満、より好ましくは０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満の１５５０ｎｍでの分散勾配、および１５５０ｎｍでの約１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい、より好ましくは１５５０ｎｍでの約１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍおよび２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の全分散を有するシングルモード光ファイバが得られるように調整されている。しかしながら、これらと同じ性質を達成するために、他の屈折率プロファイルを用いても差し支えない。この光ファイバは、好ましくは約１５００ｎｍ未満、より好ましくは１４００ｎｍ未満、最も好ましくは１３００ｎｍのカットオフ波長を有する。光ファイバは、１５５０ｎｍで、好ましくは約７０μｍ2より大きい、より好ましくは約８０μｍ2より大きい有効面積を有する。光ファイバは、好ましくは約３μｍより大きい、より好ましくは約３μｍおよび５μｍの間のコア半径、および１５５０ｎｍで、好ましくは約９μｍより大きい、より好ましくは約９．５μｍおよび１１μｍの間、最も好ましくは約１０μｍおよび約１１μｍの間のモードフィールド径を有する。本発明にしたがってアルカリ金属酸化物を含ませることによって、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満、および１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満、最も好ましくは１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する光ファイバが製造される。
アルカリ金属酸化物の拡散は、線引きプロセス中に都合よく制御されるであろう。線引き条件を所定の様式で変化させることによって、アルカリ金属酸化物ドーパントは、所望の濃度プロファイルでプリフォーム中に分布させられる。アルカリ金属酸化物ドーパントは、半径に対して比較的線形の関係で拡散される。アルカリ金属酸化物ドーパントの拡散はある程度、ドープされているガラスの温度、およびガラスがその温度で留まっている時間に依存するので、これらと同じ要因が、線引きプロセス中のアルカリ金属酸化物の拡散の制御に重要な役割を果たす。光ファイバプリフォーム（およびそのプリフォームから線引きされた光ファイバ）が線引きプロセス中に曝露される時間と温度は、線引き速度、線引き（炉）温度および光ファイバの張力を変更することによって、制御される。例えば、線引き速度を増加させると、光ファイバプリフォームの特定の部分が線引き炉内に滞在する時間が減少し、よって、アルカリ金属酸化物ドーパントが光ファイバプリフォーム、それゆえ線引きされた光ファイバを横切って拡散する距離が減少する。これにより、クラッド中に拡散するアルカリ金属酸化物がより少なくなり、したがって、光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物の濃度が高くなるであろう。逆に、線引き速度を減少させると滞在時間が増加し、したがって、アルカリ金属酸化物が光ファイバのクラッド中により多く拡散するので、光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物の濃度が減少するであろう。同様に、炉の温度を増加させると、アルカリ金属酸化物の拡散速度が増加し、アルカリ金属酸化物の濃度が減少するであろう。その結果、アルカリ金属酸化物の拡散、それゆえ、得られる光ファイバ内のアルカリ金属酸化物の分布を制御するために、線引き速度および炉の温度が効果的に用いられるであろう。
図３には、光ファイバに対する前駆体である適切なシリカガラス物品中にアルカリ金属酸化物を拡散させることによって、アルカリドープト光ファイバを製造するための、本発明の実施の形態による、第１の方法４０２が示されている。方法４０２の第１の工程４０１が、図３および４に示され、それに関して説明される。従来の外付け法の例図である図４を参照すると、スートバーナ１５６を用い、マンドレル１４４上に多層のシリカスート１６２を堆積させて、スートプリフォーム１６０を形成する。次いで、得られたスートプリフォームを、標準的な塩素乾燥技法を用いて乾燥させる（工程４０３）。次いで、スートを、乾燥工程から残留した塩素の多くまたは全てを除去するのに十分な温度で十分な時間に亘り、フッ素含有化合物（例えば、ＳｉＦ4）の雰囲気に曝露することによって、スートにフッ素をドープする（工程４０５）。フッ素含有雰囲気への曝露（フッ素掃引）は、ガラスの高レベルのフッ素によるドーピングを避けるために約１１００℃未満の温度で行うことが好ましい。低レベルのフッ素、すなわち、例えば、０．１から０．４質量％のフッ素のドーピングが望ましい。次いで、得られたフッ素（および潜在的に塩素）ドープトスート管を固結させる（工程４０７）。
次いで、固結したガラス管にアルカリドープする（工程４０４）。例えば、図５を参照すると、得られたガラス管１０６を旋盤１０１（ガラス作業旋盤または従来の改良化学的気相成長法（ＭＣＶＤ）ガラス形成旋盤などの）内の掴み具間に最初に取り付けることが好ましい。アルカリ金属源化合物１１０を受け取るための、好ましくは環状の貯留部１０８を、貯留部をガラス管に火炎加工または他の様式で溶接することによって、管１０６の壁に２つの環状の首状変形部１１２を作り出すことにより、管１０６の一方の端部の近くに形成する。他のタイプの貯留部を用いてもよい。環状の首状変形部１１２は、互いから約２ｃｍ離れていることが好ましい。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の内側に堆積される任意の追加のガラスが塩素を実質的に含まないことが望ましい。塩素を実質的に含まないとは、アルカリ塩化物の結晶化による光学損失が避けられるほど十分に小さい塩素含有量を示すことを意味する。この目的のためには、好ましくは約５００質量ｐｐｍ未満、より好ましくは約１００質量ｐｐｍ未満、最も好ましくは約５０質量ｐｐｍ未満の塩素含有量が望ましい。その上、シリカガラス管１０６、およびその中に堆積された任意の追加のガラスは、「水」を実質的に含まないべきである。「水」とは、ヒドロキシル基ＯＨを意味する。水は、１３８３ｎｍでの、またはその付近での吸収ピークの原因であり、その吸収ピークは、光ファイバの動作波長領域中に延在するかもしれない。このピークは、ファイバの減衰に有害な影響を及ぼすであろう。したがって、ガラスのＯＨ含有量をできるだけ多く減少させることによって、水ピークとも称されるその吸収ピークを減少させることが望ましい。ガラス管１０６は、好ましくは約１００質量ｐｐｂ未満しか、より好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満しかＯＨを含有しない。出発ガラス物品が、アルカリ金属酸化物ドーパントを拡散させる前に、水を実質的に含まないことを確実にするために、シリカガラス管の製造中に、従来の塩素乾燥技法を用いてもよい。
再度、図５を参照すると、アルカリ源化合物１１０を管１０６中に貯留部１０８で導入し、熱源１１４によって加熱して、管１０６を回転させながら、蒸気を形成する。酸素または搬送ガスを、回転シール１１８に通して管１０６の入口１１６中に流れ込ませ、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、管１０６の内面１２２中へのアルカリ金属酸化物の拡散を促進させる。管１０６は、別のガラスロッドなどの、その中に挿入された任意のプリフォーム構成部材を持たないことが望ましい。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、内面１２２中へのアルカリの急激な拡散を促進し、かつガラスの失透を防ぐのに十分な温度に加熱すべきである。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によって、好ましくは１５００℃より高い温度、より好ましくは約１５００℃および２０００℃の間の温度に加熱される。熱源１２４は、管１０６の部分１２０の長手方向に沿って行き来させることが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、およびＲｂからなる群より選択される元素を含むことが好ましい。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ことが好ましい。アルカリ金属酸化物源化合物１１０は、ＫＢｒ、ＫＩまたはＫＮＯ3であることが最も好ましい。アルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびその混合物）を、管１０６のコラプスの前に、管１０６の拡散内面１２２から約１００マイクロメートルおよび５００マイクロメートルの間の深さに亘り拡散させ、それによって、アルカリ金属酸化物ドープトガラス管を形成することが好ましい。特に、管内に拡散したアルカリ金属酸化物ドーパントの濃度（質量％で）は、半径方向に変化する。ガラス物品（例えば、管１０６）は、その濃度が、図５の拡大図に示されている、内側の半分の部分１０７で最高であり、外側の半分の部分１０９で低くなるようにドープされることが好ましい。内側と外側の半分の部分の間の境界は、管１０６の半径方向の厚さの半分（点線１１１により示される）により画成され、そこに位置する。例えば、拡散は、外側の半分の部分１０９内のアルカリドーパントのピーク濃度が、内側の半分の部分１０７のピーク濃度（質量％）の５０％未満となるようなものであることが好ましい。
拡散プロセスの後に、アルカリ金属酸化物がそこを通って失われるかもしれない内部の表面積を減少させ、アルカリ金属酸化物がその中に拡散しているガラスの層を厚くする両方のために、管１０６をさらに加熱して、当該技術分野に公知の従来の方法（またはここに記載した乾燥方法）により管１０６の部分的なコラプスを促進する工程を行ってもよい。拡散ドーピング工程、または管１０６の任意の部分的なコラプスが一旦完了したら、管の拡散表面１２２を、シリカガラスを除去するのに適したエッチング液で、管の拡散表面１２２を通して拡散したかもしれない望ましくない不純物を除去するのに十分な厚さまでエッチングしてもよい。例えば、ＨＦ水溶液をエッチング液として用いてもよい。例えば、ＣＨ4、ＳＦ6、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6またはそれらの混合物などのフッ化物ガスを用いることがより好ましい。内面１２２から除去される材料の量は、拡散および任意の部分的な管のコラプス中の処理条件に依存するが、エッチング条件は、アルカリ金属酸化物の全拡散厚の少なくとも約５パーセントの深さまで内面１２２からガラスが除去されるのに十分であることが好ましい。エッチングが一旦完了したら、シリカガラス管１０６を熱源１２４によりさらに加熱して、アルカリ金属酸化物源化合物１１０の下流の管１０６をコラプスし、アルカリ金属酸化物ドープト中実ガラスロッド１３２を形成する。管１０６のコラプスは、適切な熱源（例えば、吹管）による加熱などの、当該技術分野において公知の従来の方法にしたがって行われる。次いで、中実のアルカリドープトガラスロッド１３２を、アルカリ金属酸化物源化合物の貯留部１０８を含むガラスの部分から切断する。アルカリ金属酸化物ドープト中実ガラスロッド１３２を適切なエッチング液でエッチングして、管１０６のコラプス中に吹管によって形成されたかもしれない水和ガラスのある程度または全てを除去することが好ましい。コラプスのために、乾式熱源、例えば、誘導電気加熱炉または抵抗加熱炉、プラズマトーチ、もしくはＣＯなどの非水素含有燃料を使用した乾式熱源を使用する場合、エッチングは必要ないであろう。ドーピングおよび／またはコラプス工程に乾式熱源を使用することは、管の外側の再湿潤、すなわち、ＯＨ（水）の外側からの管中への拡散を最小にすると考えられ、したがって、ファイバの減衰をさらに減少させるであろう。乾式熱源は、管中に感知できるほどのＯＨ（水）を導入しないものである。
アルカリドープトロッド１３２は、コラプスされたときに、半径方向に変化し、内側の半分の部分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（質量％）を有し、外側の半分の部分１０９に対応する部分がより低いピーク濃度を有するようなアルカリ金属酸化物濃度を含む（管１０６に類似の）ことが好ましいことを認識すべきである。アルカリドーパントのピーク濃度がロッドの中央にあり、半径の半分での濃度がピーク濃度の５０％未満、より好ましくは２５％未満であることが最も好ましい。
ドープトガラスロッド１３２を、再線引き炉(redraw furnace)１３６内で加熱し、より小さな直径のガラスロッド１４４に線引きしてもよい。この再線引きプロセスが図６に示されている。ガラスハンドル１３０を、先に記載したコラプス段階から得られたアルカリドープトガラスロッド１３２に付け、このアルカリドープトガラスロッド１３２を、従来の再線引き炉１３６の上方にある移動式下方供給支持部１３４に取り付ける。アルカリドープトガラスロッド１３２の底部に付けられる、犠牲となるガラスロッド１３８をモータ駆動の牽引機１４０によって引っ張り、それにより、アルカリドープトガラスロッド１３２を適切な速度で線引きすることができる。１５から２３ｃｍ／分の速度が適切であることが分かっており、その速度は主に、センサ１４２によって測定される直径に応答して制御される。線引きプロセスから生じた小径のガラスロッド１４４の外径寸法（ｄ１）は３ｍｍから１０ｍｍの範囲にあることが好ましく、直径の寸法で６ｍｍ未満であることがより好ましい。コラプス工程４２６から得られたロッド１３２の直径寸法が所望の範囲内にある場合、コラプス工程４２６から得られたロッド１３２をガラスロッド１４４として用いてもよい。小径のガラスロッド１４４は、光ファイバの線引き中におけるアルカリドーパントの著しい移行を相殺するために、光ファイバが線引きされるときに、光ファイバのコアにおいて望ましいピークＫ2Ｏ濃度の約５倍および１０倍の間のＫ2Ｏのピーク濃度を有するべきである。例えば、光ファイバのコア中のピークＫ2Ｏ濃度が０．４質量％であるのが望ましい場合、小径のガラスロッド１４４は、約２質量％および４質量％の間のピークＫ2Ｏ濃度を有することが好ましい。特に、アルカリドープトロッドの直径を非常に小さくすることは、これにより、ロッド内に存在する遷移金属不純物を、それらの悪影響が最小になるファイバの中心線の非常に近くに集中させるので、都合よい。ドープトクラッドに添加される多量の物質に関して、ファイバ内のピーク濃度は、小径のガラスロッド内のピーク濃度の１／１００未満にし得ることを認識すべきである。方法４０２の工程４２９により示されるように、本発明の方法によって小径のガラスロッド１４４が一旦、形成されたら、その上にさらに被覆する。
例えば、図４に示されるように、小径のアルカリドープトガラスロッド１４４を出発ロッドとして用い、その上に、当該技術分野において知られているＯＶＤ法を用いて、オーバークラッドとして追加の多孔質ガラススート１６２を堆積させて、アセンブリ１６０を形成してもよい。典型的な外付け法が図４に示されている。図４に示されるように、ガラスハンドル１５４は、これまでに記載したように製造された小径のアルカリドープトガラスロッド１４４に付けられ、得られるプリフォームの一体部となる。ハンドル１５４は、後の加工工程中に、この堆積プロセスから得られるシリカガラスプリフォームを支持する方法を提供する。ハンドル１５４の付いたガラスロッド１４４は旋盤内に取り付けられ、そこで、このロッドは回転され、例えば、米国特許第４１６５２２３号明細書に開示されたタイプのものであってよいバーナ１５６に対して平行移動される。燃料ガスおよび酸素、または空気が、供給源（図示せず）からバーナ１５６に供給される。この混合物が燃焼されて、バーナ１５６から放出される火炎を生じる。シリカ前駆体ガス−蒸気混合物は火炎内で酸化されて、シリカ含有スート流１５８を形成し、これがガラスロッド１４４に向けられる。ガス−蒸気混合物をバーナ１５６に供給する適切な手段は、当該技術分野によく知られている。そのような手段の例としては、米国特許第３８２６５６０号、同第４１４８６２１号および同第４１７３３０５号の各明細書を参照のこと。複合スートプリフォーム１６０は、ガラスロッド１４４をバーナ１５６に対して何回も平行移動させて、シリカスートを含有する多層を積み重ねて、スートコーティング１６２を形成する。平行移動の動作は、バーナ１５６を、回転しているガラスロッド１４４に沿って前後に移動させることによって、またはバーナ１５６とガラスロッド１４４の両方の組み合わされた平行移動の動作によって行っても差し支えない。スートコーティング１６２は、実質的に純粋なシリカからなることが好ましい、複合プリフォーム１６０のコアガラスの少なくとも一部を形成する。スートコーティングは、好ましくは０．３５ｇ／ｃｃより大きい、より好ましくは約０．３５ｇ／ｃｃおよび０．５ｇ／ｃｃの間の密度を有する。次いで、複合プリフォーム１６０を、炉内で約１０００℃の温度に加熱しながら、塩素含有ガスに曝露することによって、乾燥させる。次いで、プリフォーム１６０にフッ素をドープする。フッ素ドープ工程中、プリフォーム１６０は、スートをフッ素でドープさせるのに適した温度（例えば、約１０００℃）でプリフォームをフッ素含有ガスに曝露することによってフッ素ドープさせることが好ましい。このようにして、光ファイバの外側のコア領域を形成する。しかしながら、フッ素ドープ工程は、例えば、比較的少量のフッ素（０．１から０．４質量％）をドープするのに十分に長い時間だけしか行われない。次いで、プリフォーム１６０を、プリフォームを固結するのに適した温度に加熱することによって、プリフォームを固結させる。次いで、得られた透明なガラスコアプリフォームを再線引きして、第２のコアロッド、すなわち、そこから線引きされる光ファイバのコアの少なくとも一部を含有するガラスロッドを形成してよい。次いで、第２のコアロッドは、ガラス管（ガラス管またはスート管のいずれか）でスリーブ付けすることによって、化学的気相成長によるガラススートの堆積によって、例えば、スリーブ付けと化学的気相成長によって、または当該技術分野に公知の他の方法のいずれかにより、追加のガラスを加えることにより、加工して、光ファイバに線引きする準備のできた完全な光ファイバプリフォームを形成してもよい。追加のガラスは、コアガラス、クラッドガラスまたはコアとクラッドのガラスの両方を含んでよい。さらに、追加のガラスは、所望の厚さを達成するためにいくつかの追加の堆積工程をとってもよく、ここで、各工程後に、スートを乾燥させ、フッ素をドープし、固結し、小径のロッドに再線引きする。コアに隣接したクラッドであることが好ましい最も外側のクラッドは、光ファイバのクラッドを形成するためにフラッド・ドーピング（米国特許第４６２９４８５号明細書を参照のこと）によりフッ素で十分にダウンドープされることが好ましいシリカである。ドーピングは、例えば、好ましくは０．２％より大きい、より好ましくは０．３０％および０．４０％の間の、コアとクラッドとの間の相対屈折率デルタ％を達成するのに十分である。特に、モート(moat)シリカ（追加のガラスはファイバのクラッドに相当する）が堆積によって第２のロッドに加えられる各追加の工程に関して、そのようなモートシリカにはフッ素がドープされる。モートシリカは、最初に、塩素含有ガスに曝し、次いで、１２２５℃で６０〜１２０分間に亘りフッ素含有ガス（例えば、ＳｉＦ4またはＣＦ4）に曝露することによって乾燥させ、次いで、好ましくはフッ素含有ガスの存在下で、７〜１０ｍｍ／分で高温区域（１４５０〜１５００℃の）を通して下方に駆動することによって固結する。このプリフォームを再線引きして、第３のロッドを形成し、適切な直径の最終プリフォームが形成されるまで、前記各工程、すなわち、堆積、乾燥、フッ素ドープ、および固結を再度繰り返してもよい。クラッドにおける追加のガラスの各連続層内のフッ素質量％は、ほぼ同じであるか、またはより好ましくは、応力効果を最小にするために、最も外側のクラッドにおいてわずかに低い（約０．１から０．５質量％低い）。工程４６７の完成した光ファイバプリフォームが製造された後、この完成した光ファイバ線引きプリフォームを、アルカリ金属酸化物ドープト光ファイバに線引きする。ここに記載した各再線引き工程後、ロッドを重水素雰囲気に曝露することによって、ロッドをＤ2処理することが好ましい。重水素処理は、英国特許第２１４９３９２号および米国特許第４５１５６１２号および同第４５０４２９７号の各明細書に記載されている。
ファイバを製造する他の方法が、米国特許出願公開第２００５／００６３６６３号明細書に開示されており、その明細書は準拠され、ここにその全てが含まれる。
ここに開示された実施の形態の全てにおいて、光ファイバは、クラッドの最も外側の直径を取り囲み、これに直接接触した第１のコーティング、および第１のコーティングを取り囲み、これに直接接触した第２のコーティングを含むことが好ましい。
様々な改変および変更が、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に行ってよいことが当業者には明らかであろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。
１０６ ガラス管
１０８ 環状貯留部
１１０ アルカリ金属酸化物源化合物
１１４，１２４ 熱源
１３２ アルカリ金属酸化物ドープト中実ガラスロッド
１３６ 再線引き炉
１５６ バーナ
１６０ スートプリフォーム
１６２ スート
１０８ 環状貯留部
１１０ アルカリ金属酸化物源化合物
１１４，１２４ 熱源
１３２ アルカリ金属酸化物ドープト中実ガラスロッド
１３６ 再線引き炉
１５６ バーナ
１６０ スートプリフォーム
１６２ スート
Claims (5)
- ゲルマニウムを実質的に含まないシリカ系コアであって、約５０および５００質量ｐｐｍの間の該コア内の平均濃度で、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびその混合物からなる群より選択されるアルカリ金属酸化物を含み、塩素およびフッ素をさらに含み、前記コア中のフッ素の平均濃度が、該コア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度より大きく、前記コア中の塩素の平均濃度が、該コア中のアルカリ金属酸化物の平均濃度より大きく、かつ約５００質量ｐｐｍより大きいコア、および
前記コアを取り囲み、隣接しているシリカ系クラッド、
を備えた光ファイバ。 - 前記コア中のフッ素の平均濃度が約５００質量ｐｐｍより大きいことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
- 前記ファイバのコアが、１００ｐｐｍ未満の最小量で塩素を含有する、該コアの中心線に沿って位置する第１の領域、および該第１の領域を取り囲む第２の領域を含み、前記第２の領域が、５００ｐｐｍより大きいピーク塩素濃度を有することを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ。
- 前記第２の領域中の塩素のピーク濃度が、該第２の領域中のフッ素のピーク濃度よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
- 前記ファイバが、約１０００ｐｐｍより大きいピーク濃度量で前記コア中に塩素を含むことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
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