JP6129522B2 - Pcvd堆積プロセスを実施する装置および方法 - Google Patents
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Description
PCVDプロセスでは、基材チューブの内側へのガラス蒸着物の形成は、プラズマが存在する位置において起こるだけである。本発明者は、プラズマのフロントエンド(front end)の位置(すなわち、ガラス成形ガス流の上流位置)が共振器位置に対して変化する可能性があることに気づいた。この変化は、通常、共振器位置の非単調増加関数または非単調減少関数である。プラズマの(累積的な)存続時間が高くなる基材チューブの位置上に、大きなまたは厚いガラス層が形成される。この効果はそれ自身を増強し、次のパスにおいて「厚いスポット」がガラスの悪い熱伝導率に起因してより多くの熱を発生させ、次の層にさらに多くのガラス堆積物をもたらすことを意味する。これは、堆積変動(deposition oscillation)の効果を増大させる。堆積変動は、それ故、基材チューブの長さにわたって堆積したガラスの厚さまたは組成の変動として定義される。
i)ガラス基材チューブを設けるステップと、
ii)ステップi)の基材チューブに一つまたは複数のガラス成形ガスを供給するステップと、
iii)ステップii)の基材チューブの少なくとも一部にマイクロ波放射によりプラズマを誘発させて、基材チューブの内面上に一つまたは複数のガラス層の堆積を生じさせるステップと、を備え、
プラズマ反応ガスの少なくとも一つが、ステップiii)の間に、基材1の長さに沿ってプラズマの軸方向位置に応じて、一つまたは複数のパルスで基材チューブに供給され、プラズマ反応ガスの一つの単一パルスが供給され、前記パルスのタイミングおよび配置が、基材チューブの長さにわたって堆積したガラスの厚さの変動である堆積変動に対応する長手方向位置に落ちるよう選択されることを特徴とする。一実施形態では、プラズマ反応ガスの一つの単一パルスが供給される。別の実施形態では、前記単一パルスは、250から1000ミリ秒の持続時間を有し、好ましくは500から750ミリ秒の持続時間を有する。
さらに別の実施形態では、プラズマ反応ガスの圧力は、0.5から5bar、好ましくは1から2bar、さらに好ましくは約1.5barである。
さらに別の実施形態では、プラズマ反応ガスは、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素およびそれらの一つ以上の化合物から成る群から選択される。
さらに、本発明は、マイクロ波誘発プラズマにより、供給側および排出側を有するガラス基材チューブの内面上に一つまたは複数のガラス層が堆積されるPCVD堆積プロセスを実施する装置に関する。この装置は、マイクロ波アプリケータと、マイクロ波を誘導するとともにプラズマを形成するマイクロ波ガイドとを備える。該アプリケータは、基材チューブの供給側に位置する反転点と基材チューブの排出側に位置する反転点との間で基材チューブに沿って移動可能である。この装置は、基材チューブの供給側にガラス成形ガスおよびプラズマ反応ガスを提供するガス注入装置を備え、プラズマ反応ガスが、PCVD堆積プロセスの間に、基材チューブの長さに沿ったアプリケータの軸方向位置に応じて、一つまたは複数のパルスで供給されることを特徴とする。
図3は、チューブの供給側に関してチューブの長手方向位置に対してプロットされたアルファ値(単位なし)のグラフを示す。このグラフは、本発明によらない方法を示しており、プラズマ反応ガスのパルスは提供されていない。
PCVDプロセスは、静止した基材チューブ、前記基材チューブにわたって相互に移動する加熱炉、および前記基材チューブにわたって相互に移動するアプリケータを含むPCVD装置中で実施され、そのプロセスの間、ガラス形成前駆体が基材チューブの内部へ供給された。加熱炉の有効長(すなわち加熱炉壁の厚さを除いた内法長さ)は、約1.7メートルである。基材チューブの長さは、約2メートルである。アプリケータの長さは、約0.2メートルである。アプリケータは、約330ミリメートル/秒の速度で移動する。基材チューブの外径は39ミリメートルで、基材チューブの内径は34ミリメートルである。基材チューブの内部に広く行き渡る条件下で、通常のアプリケータ速度30センチメートル/秒を使用して、同心のガラス層が堆積された。
堆積プロセスが終了した後、そのようにして得られた基材チューブが収縮プロセスを受けて固定ロッド(一次プリフォーム)を得た。図1は、軸方向位置の関数として、そのようにして取得されたロッドのコアの断面積(CSA)を示し、図3はアルファ値を示す。図1および3は、ガラスロッドの軸方向位置にわたって不均一性が存在することを示している。このような不均一性は、それから得られる光ファイバの、モードフィールド幅および帯域幅の減衰および均一性など、多くの品質パラメータに悪影響を及ぼす。
実施例1
比較例1と同じPCVDプロセスが用いられたが、酸素の一つの長いパルスが与えられたという違いがあった。このパルスは、1240ミリメートルの軸方向位置で開始され(図2および4のXを参照)、750ミリ秒の持続時間を有し、ガスが流れる開口の大きさはオリフィスno.28(0.011m3n/時のKvパラメータ値)を有し、1.5barの圧力を有する。そのようにして得られた基材チューブは、比較例1と同じようにして固体ロッドに形成された。
実施例1と同じPCVDプロセスが用いられたが、5%フロン(95%酸素)の5パルスが与えられたという違いがあった。このパルスは、1240ミリメートルの軸方向位置で開始され、1140,1020,900,780,および660ミリメートルで繰り返され(図5のアスタリスクを参照)、50ミリ秒の持続時間を有し、ガスが流れる開口の大きさはオリフィスno.28(0.028インチ)(0.011m3n/時のKvパラメータ値)を有し、1.8barの圧力を有する。そのようにして得られた基材チューブは、比較例1と同じようにして固体ロッドに形成された。
そのようにして得られた固体ロッドは、比較例1で得られた固体ロッドと同じ測定を受けた。
図2は、軸方向位置の関数として、そのようにして取得されたロッドのコアの断面積(CSA)を示し、図4は、アルファ値を示す。図2および4は、本発明の効果を示す。図4は、アルファ値に関して、ガラスロッドの軸方向位置にわたって均一性が存在することを示す。このような均一性は、比較例1に存在している悪影響を取り除いている。
従って、上述の本発明の一つまたは複数の目的は到達された。本発明のより多くの実施形態は、添付の特許請求の範囲で言及されている。
Claims (10)
- PCVD堆積プロセスを実施する方法であって、
i)ガラス基材チューブを設けるステップと、
ii)ステップi)の基材チューブに一つまたは複数のガラス成形ガスを供給するステップと、
iii)ステップii)の基材チューブの少なくとも一部に、基材チューブに沿って往復運動で移動するマイクロ波アプリケータからのマイクロ波放射によりプラズマを誘発させて、基材チューブの内面上に一つまたは複数のガラス層の堆積を生じさせるステップと、を備え、
少なくとも一つのプラズマ反応ガスが、ステップiii)の間に、基材チューブの長さに沿ったマイクロ波アプリケータの軸方向位置に応じて、一つまたは複数のパルスで基材チューブに供給され、
プラズマ反応ガスの複数のパルスが提供され、プラズマ反応ガスの複数のパルスが、プラズマと相互作用してプラズマのサイズを小さくするために、ステップii)のマイクロ波の波長の半分(1/2)に等しいまたはその奇数倍に等しい基材チューブの長さに沿った長手方向間隔(ミリメートル)で供給されることを特徴とする方法。 - PCVD堆積プロセスを実施する方法であって、
i)ガラス基材チューブを設けるステップと、
ii)ステップi)の基材チューブに一つまたは複数のガラス成形ガスを供給するステップと、
iii)ステップii)の基材チューブの少なくとも一部に、基材チューブに沿って往復運動で移動するマイクロ波アプリケータからのマイクロ波放射によりプラズマを誘発させて、基材チューブの内面上に一つまたは複数のガラス層の堆積を生じさせるステップと、を備え、
少なくとも一つのプラズマ反応ガスが、ステップiii)の間に、基材チューブの長さに沿ったマイクロ波アプリケータの軸方向位置に応じて、一つまたは複数のパルスで基材チューブに供給され、
プラズマ反応ガスの一つの単一パルスが供給され、前記パルスの長さおよび位置は、プラズマと相互作用してプラズマのサイズを小さくするために、基材チューブの長さにわたって堆積したガラスの厚さまたは組成の変動である堆積変動に対応する長手方向位置にプラズマ反応ガスの単一パルスが落ちるよう選択されることを特徴とする方法。 - パルスは、250から1000ミリ秒の持続時間を有することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- マイクロ波が12センチメートルであり、パルス間隔が6センチメートルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- パルスの持続時間が1から100ミリ秒であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- プラズマ反応ガスの圧力が0.5から5barであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- プラズマ反応ガスが、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素、およびそれらの一つまたは複数の化合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- マイクロ波誘発プラズマにより、供給側および排出側を有するガラス基材チューブの内面上に一つまたは複数のガラス層が堆積されるPCVD堆積プロセスを実施する装置であって、
マイクロ波アプリケータと、マイクロ波を誘導するとともにプラズマを形成するマイクロ波ガイドとを備え、
該アプリケータは、基材チューブの供給側に位置する反転点と基材チューブの排出側に位置する反転点との間で前記基材チューブに沿って移動可能であり、
当該装置は、基材チューブの供給側にガラス成形ガスおよびプラズマ反応ガスを提供するガス注入装置を備え、
プラズマ反応ガスは、プラズマと相互作用してプラズマのサイズを小さくするために、PCVD堆積プロセスの間に、基材チューブの長さに沿ったアプリケータの軸方向位置に応じて、一つまたは複数のパルスで供給されることを特徴とする装置。 - 前記ガス注入装置は、プラズマ反応ガスの流れを制御するバルブを備えることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- コントローラを備えることを特徴とする請求項8または9に記載の装置。
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