JP7049327B2 - 変化するクラッド屈折率を有する光ファイバ、およびそれを形成する方法 - Google Patents
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Description
本明細書において用いられる「アップドーパント」とは、純粋なシリカに対して相対的にガラスの屈折率を高める材料またはドーパントである。そのようなアップドーパントは、例えば、塩素、酸化ゲルマニウム、N、リン、酸化チタン、またはアルミナであり得る。
Δi(%)=100・[ni 2-nr 2]/(2ni 2)
として定義され、式中、niは特に明記しない限り領域iにおける最大屈折率であり、nrは特に明記しない限り純粋なシリカガラスの屈折率である基準屈折率である。従って、本明細書において用いられる「相対屈折率」は、純粋なシリカガラスに対して相対的な屈折率である。本明細書において、「デルタ」、「デルタ屈折率」、「デルタ屈折率パーセント」、「Δ」、「Δ%」という用語は、区別なく用いられる。「ΔiMAX」および「ΔiMIN」という用語は、それぞれ、光ファイバの領域iについての最大相対屈折率および最小相対屈折率を指す。
2w=MFD
の式に基づくPetermannII法を用いて測定され、式中
図1Aは、本明細書において開示される例示的な光ファイバ6の等角図であり、図1Bは、その模式的な断面図である。本明細書に記載される光ファイバ6の実施形態は、一般的に、中心軸ACに中心合わせされたコア10を有するシングルモード光ファイバを含む。光ファイバ6は、コア10を直に囲む内側クラッド20(本明細書においては、内側クラッド層とも称する)、および、内側クラッドを直に囲む外側クラッド30(外側クラッド層とも称する)も有する。内側クラッド20および外側クラッド30は、全体でクラッド40を構成する。
光ファイバ6は、外側クラッド30の変化する相対屈折率Δ3が、半径方向の座標rと共に変化する(即ち、C=C(r)である)塩素濃度Cによって定められるように製造され得る。従って、塩素濃度C(r)は、最大値CMAXおよび最小濃度CMINを有する濃度勾配を有するプロファイルを有する。一例において、最大塩素濃度CMAXは、r=rC_MAX=r2、即ち、外側クラッド30の内側部分(内面)にあり、最小塩素濃度CMINは、r=rC_MIN=r3、即ち、外側クラッドの外側部分(外面)にある(図2A)。別の例では、rC_MAXは、r2とr2+T3/2との間にある(図2B)。別の例では、rC_MINはr2+T3/2とr3との間にある。
本明細書において開示される光ファイバ6は、線引き処理を用いて形成され得る。図5は、本明細書において開示される光ファイバ6を製造するための例示的な線引きシステム200の模式図である。システム200は、ガラスプリフォームから光ファイバ6が線引きされ得るように、ガラス光ファイバプリフォーム(「ガラスプリフォーム」)204を加熱するための線引き炉202を含み得る。ガラスプリフォーム204は、外面蒸着(OVD)法によって製造され得るものであり、以下に述べるように形成され得る。ガラスプリフォーム204の構成および様々な線引きパラメータ(線引き速度、温度、張力、冷却速度等)は、光ファイバ6の最終的な形態を決定づける。ガラスプリフォーム204を形成するための例示的な技術は、米国特許第9,108,876号明細書、米国特許第9,290,405号明細書、および米国特許付与前公開第2003/0079504号明細書に記載されており、これらを参照して本明細書に組み込む。線引き炉202は、ガラスプリフォーム204から線引きされた光ファイバ6が、略垂直な経路に沿って炉から出るように配向され得る。
屈折率プロファイル感度(例えば、Δ感度またはN感度等)がわかったら、選択された(基準)屈折率プロファイル(例えば、上述のプロファイルP1およびP2のうちの1つのような相対屈折率プロファイルΔ%(r)(またはNプロファイル等))を達成するために、正しい量の塩素が取り込まれるよう「調整された」スートプリフォームを形成できる。従って、一例において、1組の既存のファイバの中から、基準プロファイルにほぼ一致するものを識別でき、その誤差(即ち、プロファイルにおける違い)を決定できる。
スートプリフォームについての目標スート密度プロファイルがわかったら、スートオーバークラッドプリフォーム、即ち「シリカスートプリフォーム」を形成するために、コアケインに対してオーバークラッド配置処理が行われる。図11は、コアケイン110と、外面126に隣接して位置する最外領域122およびコアケインに隣接して位置する最内領域124を含むスートオーバークラッド120とを含む例示的なシリカスートプリフォーム100の断面図を示す。
図12に示されている第2の例示的な処理では、図11のシリカスートプリフォーム100が圧密化炉152の内部150に配置され得る。スートオーバークラッド120は、ガス供給源161によって供給される少なくとも1つの塩素含有物質160に晒され、スートオーバークラッドが塩素162でドーピングされて、ドーピングされ圧密化されたシリカスートプリフォーム101が形成されるようになっている。一例では、ドーピング処理を容易にするために、ドーピング処理中に、例えば一酸化炭素等の非塩素含有ガスが炉内に含まれる、即ち、塩素ドーピング中にスートオーバークラッド120を囲んでいる雰囲気中に存在する。一例では、少なくとも1つの塩素含有物質160は、Cl2またはSiCl4を含む。
第3の例示的な処理では、スートオーバークラッドプリフォーム100は、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム101を形成するために、上述のように、圧密化炉内において塩素でドーピングされ得る。一例において、塩素含有物質160は、Cl2およびSiCl4のうちの少なくとも1つを含む。次に、塩素含有物質160の供給源161がオフにされる。ガス170を、炉の内部を通して、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを通過するようスイープすることによって、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム101の最外領域から塩素162が除去され得る。一例では、ガス170は、乾燥したヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも1つを含有する。塩素でドーピングされたシリカスート粒子は、特に、スートオーバークラッド120の最外領域122において、シリカ粒子上のClがSiCl4ガスを生じるために移動することによって塩素を失い、SiCl4ガスはスイープされて炉152の内部150から出る。
光ファイバにおいて、
外半径r1と、最大値Δ1MAXを有する相対屈折率Δ1(r)とを有するコアであって、中心軸に中心合わせされており、1より大きいα値を有するコアと、
前記コアを囲む内側クラッドであって、相対屈折率Δ2と、9マイクロメートルより大きい外半径r2とを有する内側クラッドと、
前記内側クラッドを直に囲む外側クラッドであって、外半径r3と、半径r=rMAXにおいてΔ3MAX>Δ2である最大相対屈折率Δ3MAXを有すると共に半径r=rMINにおいて最小相対屈折率Δ3MINを有し、rMIN>rMAXである相対屈折率Δ3(r)とを有する外側クラッドと
を含み、
i)Δ1MAX>Δ3MAX>Δ2であり、
ii)Δ3MAX-Δ2>0.005Δ%であり、
iii)Δ3MAX-Δ3MIN≧0.01Δ%であり、
前記外側クラッドが、半径方向の座標と共に変化する塩素濃度Cを有する塩素でドーピングされたシリカを含む
ことを特徴とする光ファイバ。
前記α値が10未満である、実施形態1記載の光ファイバ。
前記塩素濃度Cが、r2と40マイクロメートルとの間にある半径方向の座標rC_MAXにおいて最大塩素濃度CMAXを有すると共に、r=40マイクロメートルとr3=62.5マイクロメートルとの間にある半径方向の座標rC_MINにおいて最小塩素濃度CMINを有し、前記CMAXが前記CMINより少なくとも1000パーツ・パー・ミリオン(ppm)大きい、実施形態1または2記載の光ファイバ。
前記CMAXが前記CMINより少なくとも1500ppm大きい、実施形態3記載の光ファイバ。
前記CMAXが前記CMINより少なくとも2000ppm大きい、実施形態4記載の光ファイバ。
1550nmの波長において、0.185dB/km未満の減衰を更に有する、実施形態1~5のいずれか1つに記載の光ファイバ。
1550nmにおいて、直径20mmのマンドレルについて0.5dB/turn未満の曲げ損失を更に有する、実施形態1~6のいずれか1つに記載の光ファイバ。
1300nm≦λ0≦1324nmである零分散波長λ0を更に有する、実施形態1~7のいずれか1つに記載の光ファイバ。
1310nmの波長において、8.8マイクロメートル~9.5マイクロメートルのモードフィールド径を更に有する、実施形態1~8のいずれか1つに記載の光ファイバ。
1260nm以下のケーブルカットオフを更に有する、実施形態1~9のいずれか1つに記載の光ファイバ。
前記内側クラッドが前記コアを直に囲む、実施形態1~10のいずれか1つに記載の光ファイバ。
コアおよびクラッドを有する光ファイバを形成する方法において、
a)コアケインに対してオーバークラッド配置処理を行うことにより、前記コアケインの周囲に設けられたスートオーバークラッド層を有するシリカスートプリフォームを生じる工程であって、前記シリカスートプリフォームが、調節された半径方向のスート密度プロファイルを有する、工程と、
b)オーバークラッド圧密化処理を用いて、前記スートオーバークラッド層を塩素でドーピングすることにより、塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを形成する工程と、
c)前記塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを更に圧密化することにより、塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを形成する工程と、
d)前記塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを線引きすることにより、前記光ファイバを形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
前記ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームの前記スートオーバークラッド層の最外領域から前記塩素の一部を除去する工程を更に含む、実施形態12記載の方法。
前記除去する工程が、前記スートオーバークラッド層の前記最外領域を、酸素および水のうちの少なくとも1つに晒すことによって達成される、実施形態13記載の方法。
前記除去する工程が、前記スートオーバークラッド層の前記最外領域を、ヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも1つを有する乾燥雰囲気に晒すことによって達成される、実施形態13記載の方法。
b)塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層をCl2およびSiCl4のうちの少なくとも1つに晒すことを含む、実施形態12~15のいずれか1つに記載の方法。
b)塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層を一酸化炭素に晒すことを含む、実施形態12~15のいずれか1つに記載の方法。
a)前記スートオーバークラッド層を形成する前記工程が、
i)環状スート密度プロファイルを有する第1のスートオーバークラッド層を有するプリフォームから形成された試験光ファイバについての屈折率パラメータの屈折率プロファイルを、基準光ファイバの所望の屈折率プロファイルと比較することにより、プロファイルフィット誤差を決定する工程と、
ii)前記プロファイルフィット誤差を、スート密度に対する前記屈折率パラメータの感度で除算することにより、スート密度誤差を定める工程と、
iii)前記スート密度誤差を前記環状スート密度プロファイルから減算することにより、修正された環状スート密度プロファイルを定める工程と、
iv)前記修正されたスート密度プロファイルを用いて前記スートオーバークラッド層を形成することにより、前記シリカスートプリフォームを形成する工程と
を含む、実施形態12~17のいずれか1つに記載の方法。
v)前記工程iv)の前記シリカスートプリフォームを用いて別の試験光ファイバを形成する更なる工程と、
前記スート密度誤差がスート密度誤差閾値より低くなるまで、前記工程i)~工程v)を繰り返すことと
を更に含む、実施形態18記載の方法。
前記屈折率プロファイルが相対屈折率プロファイルを含み、前記屈折率パラメータが相対屈折率である、実施形態18または19記載の方法。
前記屈折率プロファイルが正規化された屈折率プロファイルを含み、前記屈折率パラメータが正規化された屈折率である、実施形態18または19記載の方法。
10 コア
20 内側クラッド
30 外側クラッド
40 クラッド
100 シリカスートプリフォーム
101 ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム
110 コアケイン
120 スートオーバークラッド
122 最外領域
124 最内領域
152 圧密化炉
160 塩素含有物質
162 塩素
170 ガス
200 線引きシステム
204 ガラス光ファイバプリフォーム
210 ガラスコア
220 ガラスオーバークラッド
222 最外領域
224 最内領域
Claims (5)
- 光ファイバにおいて、
外半径r1と、最大値Δ1MAXを有する相対屈折率Δ1(r)とを有するコアであって、中心軸に中心合わせされており、1より大きいα値を有するコアと、
前記コアを囲む内側クラッドであって、相対屈折率Δ2と、9マイクロメートルより大きい外半径r2とを有する内側クラッドと、
前記内側クラッドを直に囲む外側クラッドであって、外半径r3と、半径r=rMAXにおいてΔ3MAX>Δ2である最大相対屈折率Δ3MAXを有すると共に半径r=rMINにおいて最小相対屈折率Δ3MINを有し、rMIN>rMAXである相対屈折率Δ3(r)とを有する外側クラッドと、
i)Δ1MAX>Δ3MAX>Δ2であり、
ii)Δ3MAX-Δ2>0.005Δ%であり、
iii)Δ3MAX-Δ3MIN≧0.01Δ%であり、
前記外側クラッドが、半径方向の座標と共に変化する塩素濃度Cを有する塩素でドーピングされたシリカを含み、
前記塩素濃度Cが、r 2 と40マイクロメートルとの間にある半径方向の座標r C_MAX において最大塩素濃度C MAX を有すると共に、r=40マイクロメートルとr 3 =62.5マイクロメートルとの間にある半径方向の座標r C_MIN において最小塩素濃度C MIN を有し、前記C MAX が前記C MIN より少なくとも1000パーツ・パー・ミリオン(ppm)大きい、光ファイバ。 - 前記C MAX が前記C MIN より少なくとも1500ppm大きい、請求項1記載の光ファイバ。
- 1550nmの波長において、0.185dB/km未満の減衰を更に有する請求項1又は2記載の光ファイバ。
- 1550nmにおいて、直径20mmのマンドレルについて0.5dB/turn未満の曲げ損失を更に有する、請求項1~3のいずれか一項記載の光ファイバ。
- 1310nmの波長において、8.8マイクロメートル~9.5マイクロメートルのモードフィールド径を更に有する、請求項1~4のいずれか一項記載の光ファイバ。
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