JPH11513968A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 長さ方向に沿って系統的に変化する光学的性質を有した光ファイバがクラッドガラスチューブに円筒型のタブレットを多数入れ、さらにクラッドガラス粒子をチューブにオーバークラッディングすることによって作られる。すべてのタブレットはコア領域を含み、さらにクラッドガラス層を付加的に含む。隣接タブレットは異なった光学的性質を有した光ファイバ部分を形成することができる。ガラス粒子のコンソリデーションに先立ち、塩素がチューブとタブレット周りを通して流れる。そのチューブが焼結を始めたとき、塩素流は遮断され、さらに焼結粒子は内部方向への力を発生し、チューブをタブレット上に内側につぶし、同時に互いに溶着する。最終的に線引きされるブランクは低損失光ファイバに線引きされる。本方法は分散制御単一モード光ファイバを作るために特に有益である。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバの製造方法 発明の背景 本発明は長手方向に沿って系統的に変化する光学的性質を有した光ファイバの 製造方法を導くものである。本方法は分散制御（ＤＭ）単一モード光導波路ファ イバを製造するために特に有益である。 単一モード光ファイバの潜在的に広い帯域幅は、システム設計における全分散 が動作波長においてゼロ、ないしほとんどゼロに等しいように最適化されてはじ めて実現することができる。「分散」の語はパルス幅の拡がりのことでありps/n m-kmで表され、「分散積」は分散時間長さのことでありps/nmで表される。 通信ネットワークが多チャンネル通信すなわち波長分割多重方式を採用すると き、そのシステムでは四光波混合による損失を経験する。この損失は信号波長が 光透過ファイバのゼロ分散波長若しくはそれに近い場合に生じる。これによる非 線形導波路効果における信号の劣化を最小化させられる導波路ファイバの設計の 開発が必要とされている。導波路ファイバにおいて生じるジレンマの１つとして は、再生器（regenerator）間に長い距離を持ったシステムにおいて要求される 特性を維持しつつ四光波混合を最小化することである。四光波混合を実質的に取 り除くためには導波路 ファイバが全分散のゼロ近くで動作せしめられるべきではない。なぜならば、導 波分散が例えば約0.5ps/nm-kmより低いときにも四光波混合は生じるからである 。一方、導波路の全分散をゼロとする波長から離れた波長を有した信号は、全分 散の存在のために劣化せしめられる。 このジレンマを克服するために提案された１つの方策は、正の全分散又は負の 全分散を有する複数の導波路ファイバセグメントをケーブルで接続して使用する システムを構築することである。もしすべてのケーブルセグメントに対して分散 の長さ当たりの重み付け平均がほとんどゼロであるとしたら、再生器間隔を大き くすることができるだろう。しかしながら、信号は分散がほとんどゼロに近い導 波路長を通しては実質的に通過することはなく、そのため四光波混合は妨げられ ている。 この方策での課題は、再生器間の各々のリンクを要求される長さ当たりの分散 の重み付け平均に合わせて調製しなければならないことである。ケーブル敷設プ ラントから設備までケーブルの分散の同一性を確保することは好ましからざる付 加工数やエラー原因となる。さらに、ケーブルに適当な分散を与えるだけでなく 、かかる分散を有するケーブルに適当な長さを持たせる必要性が製造の困難性を 高くし、設備コストの上昇を招来してしまう。取り替えケーブルの必要性を考え るとさらに問題となる。 これらの問題は1996年１月11日出願のバーケイ（Ｂerkey） 氏らによる米国特許出願第08/584,868号に開示された光ファイバにより解決され る。バーキー（Ｂerkcy）氏らの出願の教示によると、それぞれの個々のファイ バは自己分散抑制システムとなるように製造される。あらかじめ選択された全分 散の重み付け平均長、すなわち全分散積が各々の導波路ファイバの中に組み入れ られる。各々の導波路ファイバはかかるシステムリンクのために設計された他の どんな導波路ファイバとも相互に置換できる。このように接続された導波路ファ イバはすべて実質的に同一の分散積特性を持ち、システムの個々の部分に個々の ケーブルのセットを割り当てる必要がない。四光波混合によるパワー損失は実質 的に取り除かれ、あるいは予め選択されたレベルまで減じられる。一方で全リン ク分散はあらかじめ選択された値を持ち、これはゼロに実質的に等しい値とする ことができる。 バーキー（Ｂerkey）氏らの特許出願によると、ＤＭファイバの分散は導波路 長に沿って正の分散の範囲と負の分散の範囲の間で変化する。特定の長さ１にお けるps/nmで表される分散積は積（Ｄ ps/nm-km×１km）である。正のps/nmは等 しい大きさの負のps/nmと打ち消しあう。一般的に、長さl_iと関連した分散はl_i に沿って一点から一点へ変化する。すなわち、分散Ｄ_iは分散のあらかじめ選択 された範囲内にあるがl_iに沿って一点から一点へと変化し得るのである。ps/nm で表される分散積に対するl_iの寄与の表現をするためにl_iは全分散Ｄ_iに関連し たセグメントdl_iからなり、そ して積dl_i×Ｄ_iの和がl_iの分散積寄与を特徴づける。これに注目してdl_iがゼロ に近づく極限において、dl_i×Ｄ_iの積の和は長さl_iについてのdl_i×Ｄ_iの積分で ある。もし分散がサブレンジl_iについて実質的に一定であるなら、積の和は単に l_i×Ｄ_iである。 全体の導波路ファイバ長の分散は各々のセグメントdl_iの分散Ｄ_iの制御により 行われ、このようにして積Ｄ_i×dl_iの和が信号を多重化できる波長範囲に亘って 予め選択された値に等しくさせる。長い再生器間の距離を持った高速システムの ために、約1525nmから1565nmの低減衰範囲における波長範囲を都合良く選ぶこと ができる。この場合のＤＭファイバの分散積の和は、この波長範囲間でゼロを目 標とされねばならない。Ｄ_iの大きさは実質的に四光波混合を妨げるために0.5ps /nm-km以上に保たれ、約20ps/nm-km以下に保たれるため導波路ファイバパラメー タにおいて過度に大きなスイング（swing）は要求されない。 与えられた全分散が持続する長さは約0.1kmより概して大きい。この短い長さ 限界がパワー損失を減じ（図５を参照）かつ製造過程を単純化させる。 ＤＭ単一モード導波路の周期は第１範囲の全分散を有した第１長さと、第２の 範囲の分散を持った第２長さを加えて定義され、ここで第１と第２の範囲は反対 の符号であり、分散は第１と第２の範囲の間の遷移を生じる遷移長さを加える。 遷移長さでの四光波混合及び関連したパワー損失を 避けるため、できる限り短い約0.5ps/nm-km以下の関連する全分散を持った遷移 長さ部分を確保するのが良い。 もし高低分散範囲間の遷移範囲が非常に長ければ、遷移範囲の中央部分におけ る分散はファイバのある有限長さに対してほとんどゼロである。これは四光波混 合によるいくらかのパワー損失を発生させるだろう。遷移範囲がより長くなれば なるほど、パワー損失は高くなる。ファイバのパワー損失が全システムのパワー 損失を割り当てられた推定パワー損失以上とならないように遷移範囲は十分にシ ャープでなければならない。 ＤＭファイバを作るためのプロセスに基本的に要求されることは、短い遷移範 囲を形成することである。さらに、ＤＭファイバ製造のプロセスは、それ自身が 四光波混合に関係のない過度の損失を導くものであるべきではない。また、この プロセスは単純で、かつファイバ設計、材料の多彩さを持って実施することがで きるに十分な柔軟性を持っているべきである。このようにＤＭファイバは異なっ た分散のファイバ部分を形成する部分を含んだ線引きプリフォーム若しくは線引 きブランクによって形成される単一のファイバでなければならない。どんなスプ ライスであっても挿入損失をもたらすものだが、このような単一ファイバは別々 に線引きされた部分間でのスプライス（splice）を含まない。単一ファイバの全 減衰は、連続的に配置された部分により形成される各々の減衰の和よりも大きく はないのが理想的 である。 旋盤とトーチによる方法によってコアケーン部分をともに溶着することでＤＭ ファイバのコアロッドを形成することが試みられている。実施の難しさに加え、 この方法はコアのアライメントの狂いを生じ、さらにコアの濡れ性の問題も生じ る。 発明の概要 よって、本発明の目的は長手方向において明瞭に異なった光学的性質を持った 光ファイバと、このようなファイバを作成する改良された方法を提供することに ある。他の目的は異なった特性部分間の遷移長さが非常に短いような前記タイプ の光ファイバを作るための方法を提供することである。さらなる目的は長距離透 過ファイバとして用いられるための減衰として十分に低い減衰の前記タイプの光 ファイバを作る方法を提供することである。さらなる他の目的は短い遷移長さを 持った低損失単一モードＤＭ光ファイバを作るための方法を提供するものである 。さらに、他の目的は低分極モード分散を示す光ファイバを作るための方法を提 供することである。 本発明の１つの特徴は光ファイバプリフォームを作る方法に関する。まとめれ ば、本方法は以下のステップからなる。クラッドガラスの粒子の被覆がクラッド ガラスチューブの外表面に沈積され、そして複数のタブレットがクラッドガラス チューブの中に挿入される。チューブ内の少なく とも１つのタブレットの少なくとも１つの光学的性質は隣接タブレットのそれと 異なり、そして各々のタブレットはコアガラスの少なくとも中心部分を有する。 被覆アセンブリはクラッドガラス粒子の焼結温度よりも低い温度に加熱され、中 心ガスがチューブを通して流れる。中心ガスは純塩素と希釈ガスと混合された塩 素からなる一群から選択される。そして、被覆アセンブリは被覆を焼結するため に加熱され、それにより半径方向内側に生起した力がタブレットをつぶし、溶着 をチューブに引き起こさせる。そして、クラッドガラスチューブは長手方向に収 縮を引き起こし、それにより隣接タブレットが他の一方に押しつけられ、それに 溶着する。 本発明のさらなる態様は上述の方法によって得られる単位の光ファイバに関す る。ファイバは多数の連続的に配置されたファイバの部分からなり、各部分はガ ラスコアと、ガラス外表面のクラッドとからなる。第１のファイバ部分のコアは 第１の部分と隣接した各々のファイバ部分のコアと異なる。第１のファイバ部分 のコアは隣接ファイバ部分のクラッドと等しい。各々の隣接ファイバ部分間が遷 移領域で、この遷移領域の長さは10メータ以下である。 図面の簡単な説明 図１は導波路ファイバ長に沿った全分散変化の模式図である。 図２は導波路ファイバのゼロ分散が、所定の波長の窓を、 予め選択した範囲内に導波路の全分散の値を維持するように変化させる方法を示 す図である。 図3Ａは低い全分散強度を持った個々の導波路のサブレングスからなるシステ ムにおけるパワー損失対入力パワー特性を示す図である。 図3Ｂは高い全分散強度を持った個々の導波路のサブレングスからなるシステ ムにおけるパワー損失対入力パワー特性を示す図である。 図４は全分散対パワー損失特性を示すチャート図である。 図５は分散変化の発振長さ対パワー損失特性を示す図である。 図６は遷移範囲長さ対パワー損失特性を示す図である。 図７は明瞭に異なった性質を有する隣接部分を持った光ファイバの製造プロセ スを模式的に表した図である。 図８は図７のタブレットの拡大断面図である。 図９はチューブへのクラッドガラス粒子層の工程の模式図である。 図10は図７において示されたコンソリデーション（consolidation）／溶着（f usion）ステップから得られた溶着アセンブリの断面図である。 図11は図７の実施例の変形例の部分断面図である。 図12及び図13は分散シフト光ファイバの屈折率分布を示す図である。 発明の詳細な説明 分散制御ファイバ設計 図１は、ＤＭファイバの全分散を導波路長に対して示した。全分散は正の値２ と負の値４とのいずれかの値をとることが解る。図１は負の分散を表す複数のサ ブレングスと正の分散を表す複数のサブレングスを表しているが、１つの負の分 散サブレングスと１つの正の分散サブレングスを取り上げる。線６で表された全 分散値の拡がりは、全分散が光の伝播波長によって変化することを示している。 拡がり６の水平線は、特定の１つの光波長に対する全分散を表している。概して 、特定の全分散によって特徴づけられる導波路の長さ８は約0.1kmよりも大きい 。（長さ）×（対応する全分散）なる積の和が予め選択された値に等しいとした 必要条件から定められる場合を除いて、長さ８に実質的上限はない。 図２に全分散と波長の関係を示した。これはＤＭ単一モード導波路ファイバの 全分散に設計検討の指針を与える。線10、12、14、16は４つの各々の導波路ファ イバの全分散を表す。各々の導波路を考慮した例えば約30nm程度の狭い波長範囲 に亘って分散は示したような直線によって近似される。多重化がなされるための 波長範囲は26から28までの範囲である。18から20までの範囲のゼロ分散波長を持 ったどんな導波路セグメントも22から24までの範囲のゼロ分散波長を持った導波 路セグメントと結合することが でき、26から28までの多重化領域であらかじめ選択された全分散を持った導波路 である。 以下の例は図２に基づくものである。ここで1540nmから1565nmを動作窓とする 。単一モード導波路ファイバは約0.08ps/nm²-kmの分散勾配を持つと仮定する。 線30を0.5ps/nm-kmに、線32を4ps/nm-kmとする。該動作窓内にある全分散を0.5 から4ps/nm-kmの範囲とする条件を当てはめる。単純直線近似計算により、ゼロ 分散波長領域は1515nmから1534nmまでの18から20までとなる。同じ様な計算によ り、22から24までのゼロ分散範囲は1570nmから1590nmまでとなる。上記した範囲 で分散ゼロを有する導波路ファイバセグメントの全分散の代数的和は0.5ps/nm-k mと4ps/nm-kmとの間の全分散を達成する。 ＤＭファイバの設計は、８チャンネルを有した120kmリンクについての入力パ ワーに対するパワー損失の特徴を示した図3Ａ及び3Ｂから解るように通信システ ムの構成内容に強く依存する。ここでチャンネルの周波数分離は200ＧＨzである 。この場合、パワー損失は基本的に四光波混合による。図3Ａの曲線62では約10d Ｂmの入力パワーに対して1dＢ程度の損失まで急激に立ち上がる。曲線64ではそ の損失は10dＢmの入力パワーに対して約0.6dＢである。両方の曲線で全分散の大 きさは約0.5ps/nm-kmである。しかしながら、より急勾配である曲線62では与え られた信号の全分散に対するサブレングスは10kmであるが、曲線64において対応 する分散のサブレングスは 60kmである。より短い、つまり10kmのサブレングス の場合、さらに損失がゼロ分散を通る付加遷移により生じる。10kmサブレングス についての別の表現としては、サブレングスの発振に比例する信号の位相分離は 四光波混合を妨げるのに十分大きくはない。「発振サブレングス」と、１つの周期 の正または負の分散サブレングスである。発振サブレングスと関連のある符号が ないとき、正と負の発振サブレングスは等しくされる。 しかしながら全分散の大きさもまた位相分離に影響を持ち、従ってパワー損失 にも影響を持つ。図3Ｂの曲線66はサブレングスがより約1kmとより短いが、全分 散の大きさは1.5ps/nm-kmである点を除いて、図3Ａに示したシステム共通のパワ ー損失を示している。導波路の全分散をより広く正から負へスウィングさせるこ とでパワー損失を顕著に、0.6dＢから0.2dＢ以下に減じる。約0.4dＢ/120kmの損 失の違いは、機能性及び非機能性リンクの間の違い、特に500kmもしくはそれ以 上の長い非再生型リンクにおいて十分大きい。 図４は図3Ａと3Ｂについて実質的に同じ方法で変換したものである。曲線68は 全分散の大きさに対してパワー損失を示したものである。導波路のサブレングス は約1kmに選ばれる。なぜなら一般に使われるもっとも短いケーブルは約2kmだか らである。周波数分離200ＧＨz、全分散120km、入力パワー10dＢmで８チャンネ ルがある。全分散大きさが約1.5ps/nm-km以下に落ち込んだとき、パワー損失は 急激に 上昇する。 図５において、システム設計が他の観点から示されている。ここでは分散の大 きさは1.5ps/nm-kmで固定する。曲線70は200GＨzごとに周波数分離され、10dＢm 入力パワーを持った８チャンネルのシステムにおけるパワー損失とサブレングス の大きさを表したものである。この長さは60分散サブレングスになるように選択 され、しかもこのサブレングスは変化できる。より低いパワー損失はサブレング スが2km以上で得られる。しかしながら比較的大きい全分散を伴う場合でも2kmを 越えたサブレングスを長くすることによってはほとんど増加しない。ここで曲線 72によって示されるように使用チャンネル数が４に減じられた時、四光波混合損 失が大略より低くなることに注目すべきである。 他の設計上の考慮においては全分散が符号を変える部分での遷移長さの鋭さで ある。ここでまた、信号位相分離は遷移長さによって影響を受ける。よって浅い 遷移は、ほとんどゼロの全分散の導波路範囲を進行する信号の原因となる。そし てこれは四光波混合によって引き起こされるパワー損失に悪影響を与える。 以下の例はパワー損失の遷移長さの影響を模式的に表したものである。ここで 入力パワーは10dＢmと仮定する。200ＧＨz周波数分離を有する４つのチャンネル が用いられる。全分散の大きさは1.5ps/nm-kmで、この全分散の発信サブレング スの長さは2kmとなるようにされる。図６の曲線 74によって示されるパワー損失対遷移長さの特性はより短い遷移長さが好ましい ことを示している。 ファイバの製造 非常に短い遷移範囲を作る方法が図７と図８において示されている。この方法 の実施するためにコアプリフォームは公知のプロセスによって準備できる。コア プリフォームを作るのに使用できるプロセスの例としては、外付け法（ＯＶＤ） 、軸付け法（ＶＡＤ）、コア層がガラスチューブの内側に形成される内付け法（ ＭＣＶＤ）、そしてチューブ内の反応がプラズマを生起するプラズマ化学気相蒸 着法（ＰＣＶＤ）がある。コアプリフォームはコアガラスだけからなるかあるい はコア領域とクラッド領域とからなることもあり得る。 オーバークラッドされて実質的に異なった光学的性質を有する光ファイバの形 状の２つ以上の円筒状プリフォームがまず形成される。ほとんどの場合において ちょうど２つの異なったタイプのコアプリフォームが用いられ、２つのプリフォ ームは図７と図８に示した実施例において利用される。 第１及び第２のプリフォームがタブレット81及び82に各々分断されている。タ ブレットの長さは作られるファイバの種類に応じている。ＤＭファイバ製造のプ ロセスにおいて、タブレット81及び82の長さは、所望のサブレングスを得られる 光ファイバの中に生じるように選択される。 タブレットは単なる切断や折り曲げる方法で作られる。タブレット81はコア領域 83とクラッド領域84を有する。タブレット82はコア領域85とクラッド領域86を持 つ。 環状突起97を有した中空ガラスハンドル92は延伸ガラスチューブ90の一端に溶 着される。ハンドル92は米国特許第5,180,410号に開示されたタイプのボールジ ョイントタイプのガス供給システムの一部である。突起97はコンソリデーション 炉内でハンドル92を吊す支持チューブの穴あき基板（図示せず）の装置に適用さ れる。チューブ90は加熱されてくぼみ98がハンドル92近くに形成される。あるい はチューブ90に隣接するハンドル92の一部がくぼみでもよい。チューブ90とハン ドル97を含んだアセンブリは旋盤（図示せず）に取り付けられ、チューブ90上に ガラス粒子若しくはスートをクラッドした層91を堆積するバーナ100に対して回 転及び平行移動せしめられる（図９を参照）。被覆91は、最終的にプリフォーム をコンソリデーションし、所望の光学性能を有した光ファイバに線引きされるこ とのできる十分な外径（ＯＤ）に作り上げられる。層91は図７に示されるハンド ル92にオーバーラップし得る。 ハンドル92を付けられた一端が他端よりも低くなるようにチューブ90を方向付 ける。そして、タブレット81及び82がチューブ90の上端より交互に挿入される。 タブレットはくぼみ98によって落下しない。チューブ90は加熱 されてくぼみ99がくぼみ98の反対側の端部近くに形成される。チューブ90は反転 された場合でも、くぼみ99がタブレットの落下を防止するのである。 ハンドル92はコンソリデーション炉炉体95にアセンブリ94を挿入するために降 下させる支持チューブ（図示せず）からつり下げられる。アセンブリ94はコンソ リデーション炉内で加熱され、乾燥ガスが炉内を通して上方に流れる（矢印93） 。乾燥ガスは、通常、塩素混合物やヘリウムのような不活性ガスからなる。塩素 を含むガス流（矢印96）はチューブ90の中をチューブ92から流れる。ガス流96は ヘリウムのような希釈材を含むこともできるが、純塩素が洗浄の目的のためにさ らに好ましい。タブレット81及び82のそれぞれの直径はチューブ90の内径よりも わずかに小さく、塩素はタブレットのそれぞれ全体の外周の周りを下方へ流れ、 隣接するタブレットの間にも流れ、若しくは拡散する。そして塩素はチューブ90 の底部より排出される。塩素は熱化学洗浄剤として作用する。この加熱塩素洗浄 ステップの間、温度はスート被覆91のコンソリデーション温度以下であり、よっ てタブレット81、82とチューブ90との間の間隔は必要な洗浄の行われている間、 十分な距離を開いて保たれている。塩素洗浄ステップは高温でさらに効果的であ る。洗浄ステップの温度は少なくとも1000℃であることが好ましい。これより低 い温度にすると、実用上望まれないほどこのステップが長時間となってしま うからである。仮にプロセス時間が関係ないならば、低温は用いられ得る。チュ ーブ90とタブレット81及び82との間の加熱塩素の流れは、隣接タブレットやチュ ーブとタブレットの界面を近接せしめシードの形成をなくす点において非常に有 益である。シードは、得られる光ファイバにおける減衰をまねく泡や不純物のよ うな欠陥を含んでいる。 アセンブリ94が炉心内にさらに下げられたとき、スート層91の端部のチューブ 90の一部分の壁がつぶれ、同時に溶着して中心塩素流を遮断する。付加ステップ として、バルブがチューブ90内を真空に引くためのスイッチとなり得る。アセン ブリ94は炉心内で動き続け、最初にその先端、続いてアセンブリの残りが被覆91 を焼結するために十分な炉の最高温度下に置かれる。スート被覆91は焼結時、径 方向と長手方向のいずれにも収縮する。 スート被覆91が長手方向に収縮するとき、これによりチューブ90の長さが減じ られる。このことは、焼結温度にさらされている間、隣接するタブレット81及び 82とが互いに力を及ぼし合い、これによりシードの形成なしに互いに溶融し合わ しめるのである。このチューブ90の長手方向の収縮なしには、隣接タブレットが 低損失光ファイバを形成するのに十分に溶着することができない。 スート被覆91が半径方向に収縮するとき、チューブ90の半径方向内向きの力が 働く。タブレット81及び82に対して、内部方向にチューブ90を押しつけ、３つの 部分81、90 ’、91’が完全に溶着した溶着アセンブリ98（図10参照）を形成する。領域90’ はつぶされたチューブであり、領域91’は焼結された多孔質被覆である。比較的 低密度のスートはより大きな内部方向の力を与える。しかしながら、スート被覆 はクラックを避けるため十分に高密度とならなければならない。 シードを含まないプリフォームを達成するためのタブレット充填外被クラッド チューブのコンソリデーションは重要なプロセスステップである。シードなしの タブレット同士の溶着には、すべての表面を化学的洗浄するためにチューブを通 して塩素を流す必要がある。しかしながら、ブランクの先端を溶着した後、真空 にするステップは必要ない。 溶着されたアセンブリはコンソリデーション炉から取り出される。溶着された アセンブリ98の領域90’と91’は最終的に光ファイバのクラッドとして作用する 。アセンブリ98は線引きブランクとして使用することができ、そして光ファイバ に直接線引きされることができる。溶着されたアセンブリ98はファイバに線引き されるステップに先立って光学的な付加被覆を与えることができる。例えば、ク ラッディングスートの被覆をアセンブリ98上にさらに堆積させることができ、そ してコンソリデーションされる。さらにアセンブリ98はクラッドガラスチューブ の中に挿入することもできる。仮に付加被覆が加えられたとしたら、タブレット 81及び82のコア領域の直径は適当に調整され ねばならない。 クラッドガラスチューブ内への挿入に先立ってコアケーンやタブレットを溶着 するのと比べると、本方法は実行が簡単で、そして乾燥雰囲気内で行う溶着が可 能である。チューブ90が多孔質ガラス被覆91の焼結の間に内部につぶれるとき、 本方法は異なった直径の隣接コアケーンが最終的に線引きブランクの軸を中心に あわせるように自分自身で整列する。 本発明の方法はファイバ特性に合わせての調製に新たな自由度をもたらしてい る。隣接部分若しくは長さに対する分散特性を有した光ファイバ形成を導くもの である。非常に急激な遷移範囲をもって隣接ファイバ長とつながる。このファイ バーの減衰はスタンダード長距離通信ファイバの減衰と同一である。例えば0.25 dB/kmよりも小さく、さらに好ましくは0.22dB/kmよりも小さい。 図11に示される実施例において、くぼみ98と99はチューブ90に形成されない。 短長ガラスキャピラリチューブ104がチューブ90の一端に溶着される。タブレッ ト81及び82はハンドルを介して、チューブ90の中に挿入される。チューブは比較 的小さい穴を有するだけでタブレットはチューブ104を越えて落下しない。アセ ンブリは焼結プロセスを始めるにあたりコンソリデーション炉中に降下させられ るとき、チューブ104が塩素流を遮断するために最初に溶着する。 ＤＭファイバの形成 分散制御されたファイバは、さまざまなゼロ分散波長を有した単一モード光学 ファイバを形成することのできるコアプリフォームから形成される。導波路長の 分散は、幾何学的、屈折率、屈折率分布若しくは組成のようなさまざまな多くの 導波パラメータによって変化せしめ得る。屈折率分布の大きな値の幾つかは隣接 導波分散や様々な全分散のために必要とされる柔軟性を与える。これらは、バガ バチューラ（Ｂhagavatula）氏の米国特許第4,715,679号、並びに同出願第08/32 3,795号、第08/287,262号及び第08/378,780号に詳細に述べられている。 所定の波長でゼロ分散を有する光ファイバを形成する場合有用である屈折率分 布の１つのタイプは、比較的高い屈折率を有した中央部分は、屈折率の低くなっ ていく環状部分により囲まれ、さらに当該環状部分が高い屈折率のさらに外側の 環状部分によって囲まれる。（図１２を参照）。他の実施例の屈折率分布（図13 参照）は、クラッドガラスの屈折率と実質的に等しい屈折率を有する実質的に一 定の屈折率の中央部分と、屈折率の上昇した隣接環状部分とを含む。このタイプ の屈折率分布を有する光ファイバは簡単に製造することができる。 単純なＤＭファイバの屈折率分布はステップ状屈折率分布型である。２つのコ アプリフォームは同じコア及び被覆材料で形成することができ、１つのコア領域 の径は他方の それよりも大きい。線引きブランクは、第２のコア径のサブレングスの間に挟ま れた、第２のコア径より小さい第１のコア系のサブレングスを有したファイバに 線引きされる。約５％から25％のコア径の誤差は所望の正から負への分散変動を 生成するのに十分である。５％から10％の径の変動の幅は概してほとんどの装置 に対して十分である。 以下の実例は1545nmから1555nmでゼロ分散を与えるのに適した単一モードのＤ Ｍファイバの構成を述べたものである。２つの異なったコアプリフォームは、本 願明細書の開示に組み込まれるべき米国特許第4,486,212号に開示された方法に 類似した方法によって作られた。簡単に述べれば、この特許の方法は以下のステ ップを含む。(a)多孔質ガラスプリフォームを形成するためにマンドレル上ヘガ ラス粒子を堆積するステップ、(b)マンドレルを取り除き、多孔質プリフォーム を乾燥、焼結プリフォームを形成するためのコンソリデーションをなすステップ 、(c)焼結プリフォームを延伸し、軸方向の穴を閉じるステップ。コアプリフォ ームはクラッドガラスの薄い層によって囲まれたコアガラスの中央部分を含んで いた。二つのコアプリフォームは図12に示されるタイプのコアの屈折率分布を有 した。第１のコアプリフォームは、もし125μmＯＤ（外径）を有した単一モード のファイバにクラッディング及び線引きされ、1520nmでゼロ分散を示すはずであ った。第２のプリフォームはもし125μmＯＤ（外径）の単一モードのファイバに 似 たように形成されたら、ゼロ分散波長は1570nmのはずであった。コアプリフォー ムは7mmと7.1mmの直径に延伸された。第１及び第２の延伸されたプリフォームは 実質的に等しい長さのタブレット81及び82を形成するために切断及び折り曲げら れた。タブレット81はコア領域83及びクラッド領域84を有し、タブレット82はコ ア領域85とクラッド領域86を有した。 １メータ長さのシリカチューブ90が用いられ、これは7.5mmの内径（ＩＤ）と9 mmの外径を有した。図７によって述べられた技術はチューブ90の中にタブレット 81及び82を仕込むために用いられた。最終的なプリフォームが125μmＯＤ（外径 ）の単一モードファイバにコンソリデーション及び線引きされるのに十分なよう に被覆91は作られた。 得られたアセンブリ94はコンソリデーション炉内で懸架された。アセンブリ94 が1rpmで回転させられている時、分当たり5mmの速度でコンソリデーション炉の 炉心95内で降下させられた。50sccm塩素と40slpmヘリウムとの混合ガス（矢印93 ）は炉心を上方に流れた。0.3slpm塩素の中心の流れはタブレット81及び82の周 りを下方へ流れ、チューブ90の底部から排出された。コンソリデーション炉内の 最高温度は約1450℃であった。アセンブリ94が炉内を降下したとき、中心の塩素 流がタブレット81及び82の表面及びチューブ90の内面を化学的に洗浄した。アセ ンブリ94が炉心内をさらに動いたとき、タブレットの下のチ ューブ90の部分が溶着し、中心の塩素流を遮断した。バルブ（図示せず）はチュ ーブ90内を真空に引くスイッチとなり、そしてアセンブリ94が炉心内を動きつづ けて被覆91が焼結された。チューブ90はタブレット81及び82に対して内方に力を 与え、ガラス素子のすべての接する表面が溶着した。スート91が焼結されたとき にチューブ90は短くなり、そしてシードを含まない溶着が隣接するタブレットの 間で形成された。 コンソリデーション炉から取り出された後、この過程により形成された線引き ブランクは125μmのＯＤを有したＤＭファイバを形成するように線引きされた。 このような過程により作られる単一モードＤＭ光ファイバは狂いなしに線引きさ れた。減衰は典型的には0.21dＢ/kmである。これは7mmのコアケーンの１つをオ ーバークラッディングすることによって形成されるプリフォームから線引きされ た単一モード分散シフト光ファイバによって達成されてきたものと同じ減衰であ る。 本ファイバ製造工程を用いた２つの異なったタイプのタブレットが1545から15 55nmでのゼロ分散波長を与えるために接合された。ゼロ分散波長はファイバのコ アのそれぞれの種類の総長さによって決定された。ファイバのゼロ分散波長はフ ァイバの一端の一部を切り取る、すなわちファイバのコアのそれぞれの種類の長 さの割合を変えることにより、変化させられた。 振動サブレングスや周期は、コアプリフォームタブレットの長さによって調整 される。1.2から2.5kmの振動サブレングスを有するファイバが線引きされた。 他のファイバタイプ 本発明の方法はＤＭ単一モード光ファイバの製造に関して特に述べられており 、このようなファイバを作る方法の記述は前記の特定例において示されている。 しかしながら、ファイバの長さ方向に沿って系統的に変化する光学的性質を有し た光ファイバの多くの他のタイプにも用いることができる。いずれの例において も上記のようにファイバはチューブ内に適当なタブレットを入れ、チューブを加 工することによって作ることができる。 すその他の長さをファイバに与えることで最小化できる。 （n₁ ²−n₂ ²）/2n₁ ² （n₁とn₂はそれぞれコアとクラッドの屈折率）のように定義される。ファイバプ リフォームを作るために用いられ 御することで、若しくはコアの組成を変えることによって制御することができる 。すなわちコアに他のドーパントを加えるなどによる。タンタルやアルミニウム 、ボロンの酸 化物を含む多くのドーパントが屈折率や粘度、その他の性質を変える目的に用い ることができる。 フィルタ機能を与えるファイバは、フィルタ機能を有する光ファイバを形成す る能力のある多くのタブレットや、フィルタ機能を有さない光ファイバを形成す る能力のある多くのタブレットを交互にチューブ内に供給することによって作る ことができる。 タブレットは等しく、若しくはほとんど等しい長さとする必要はない。例えば 、ファイバは比較的短い部分でも含むことができ、活性ドーパントイオンをドー プされたコアは、適当な波長の光でポンピングされて光の誘導放出を生起する能 力を有する。エルビウムのような希土類のドーパントイオンはこの目的に特に適 している。このように、長手方向に間隔をあけて位置するエルビウムをドープさ れたコア部分を有するファイバは、通常の比較的長いタブレットつまりエルビウ ムを含まないのコアと、エルビウムをドープされたコアの比較的短いタブレット を用いることで作ることができる。 ソリトンファイバに用いられるようなコアの大きさを系統的に減少するファイ バは、多くのタブレットをチューブに挿入することによって作られる。つまりタ ブレットはそれぞれ前のコアよりも小さなコアの径を有する、若しくはそれぞれ 前のコアよりも大きなコアの径を有している。その他、分散に影響するいくつか の他のコア特性として、最 終的なファイバの分散がファイバの一端から他端へ単一減少するようにタブレッ トに変化を与えることができる。 上記例では実質的に異なる光学的性質を有したタブレットを交互に配列して用 いている。１つの実施例においてシングルコアプリフォームはすべてのタブレッ トを形成するように用いられている。シングルプリフォームはそのコアが方位角 的に非対称の屈折率分布を有するように形成される。例えばコアがわずかに円か らはずれ、このためコアの断面形状が長軸と短軸を有する楕円となる（米国特許 第5,149,349号参照）。他に、ファイバは米国特許第5,152,818号に開示されたよ うにコアの向かい合うロッドに応力を含み得る。楕円コアファイバは以下のよう に形成される。タブレットがプリフォームから与えられる。クラッドガラスチュ ーブにはクラッドガラススートの被覆を与えられる。１つのタブレットの楕円コ アの長軸が隣接タブレットのコアの長軸とそれぞれ回転を与えられるようにタブ レットはクラッドガラスチューブの中に挿入される。クラッドスートがコンソリ デーションされ、タブレットがチューブ、若しくは互いに溶着された後、最終的 に線引きされるブランクは低偏光モード分散を有した光ファイバに線引きされる 。 本発明の特別な実施例が詳細に述べられたが、本発明は以下の請求項によって のみに限定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ファイバプリフォームの製造方法であって、 両端を有したクラッドガラスチューブの外表面にクラッドガラス粒子を堆積す るステップと、 前記クラッドガラスチューブの中に多くのタブレットを挿入するステップと、 被覆アセンブリをクラッドガラス粒子の焼結温度よりも低い温度に加熱するス テップと、 純塩素及び希釈ガスと混合された塩素からなる群から選択された中心ガスを前 記チューブを通して流すステップと、 被覆アセンブリを前記被覆を焼結するために加熱するステップと、からなり、 前記クラッドガラスチューブ内の前記タブレットの少なくとも１つの、少なく とも１つの光学的性質は隣接タブレットのそれとは異なり、そして各々のタブレ ットは少なくともコアガラスの中央コア領域を有しており、 前記加熱により半径方向内側方向に生起した力は前記チューブをつぶし、前記 タブレットとの溶着を引き起こし、そしてクラッドガラスチューブが長手方向に 収縮する結果、それにより隣接タブレットが他の一方に押しつけられて、他の一 方と溶着することを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。 ２．前記タブレットのそれぞれが前記中央コア領域の周り のクラッド領域を有することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記クラッドガラスチューブの中の少なくとも２つの隣接タブレットが楕円 断面形状を有し、前記少なくとも２つの隣接タブレットのコアの長軸が整合して いないことを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．前記塩素を含むガスが純塩素ガスからなることを特徴とする請求項１記載の 方法。 ５．前記塩素を含むガスが塩素と希釈ガスからなることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ６．前記タブレット上に前記クラッドガラスチューブをつぶすステップの間、中 心ガスを連続的に流すステップが軟化したガラス部材がつぶれることにより遮断 されるまで続くことを特徴とする請求項１記載の方法。 ７．前記クラッドガラスチューブの他端近傍が内側に変形し、前記タブレット上 に前記クラッドガラスチューブがつぶれるステップの間、中心ガスの流れが前記 クラッドガラスチューブがつぶれることにより遮断されるまで続くことを特徴と する請求項６記載の方法。 ８．延長チューブが前記クラッドガラスチューブの他端に溶着され、前記タブレ ット上に前記クラッドガラスチューブがつぶれるステップの間、中心ガスの流れ が前記延長チューブがつぶれることにより遮断されるまで続くことを特徴とする 請求項６記載の方法。 ９．前記タブレット上に前記クラッドガラスチューブがつぶれた後、前記中心ガ スの源が前記クラッドガラスチューブの前記一端から遮断され、さらに真空装置 が前記クラッドガラスチューブの他端につながることを特徴とする請求項１記載 の方法。 10．前記タブレットの１つの屈折率分布が隣接タブレットのそれと異なることを 特徴とする請求項１の方法。 11．前記タブレットの少なくとも第１群のコア領域は光増幅能を有するドーパン トを含み、さらに前記第１群のタブレットと隣接する少なくとも１つのタブレッ トのコア領域が前記ドーパントを含まないことを特徴とする請求項１記載の方法 。 12．光ファイバプリフォームの製造方法であって、 両端を有したクラッドガラスチューブの外表面にクラッドガラス粒子を堆積す るステップと、 前記クラッドガラスチューブの中に多くのタブレットを挿入するステップと、 被覆アセンブリを前記クラッドガラス粒子の焼結温度よりも低い温度に加熱す るステップと、 純塩素及び希釈ガスと混合された塩素からなる群から選択された中心ガスを前 記チューブを通して流すステップと、 被覆アセンブリを前記被覆を焼結するために加熱するステップと、からなり、 前記クラッドガラスチューブ内の前記タブレットの少なくとも１つの、少なく とも１つの光学的性質は隣接タブレットのそれとは異なり、そして各々のタブレ ットは少なくともコアガラスの中央コア領域を有しており、 半径方向内側方向に生起した力は前記チューブをつぶし、前記タブレットとの 溶着を引き起こし、さらにクラッドガラスチューブが長手方向に収縮し、それに より隣接タブレットが他の一方に押しつけられて、焼結プリフォームを形成する 他の一方と溶着し、さらに 前記焼結プリフォームから光ファイバを形成するステップであって、前記ファ イバは多くの長手方向部分からなり、それぞれの部分は前記タブレットの１つと 対応していることを特徴とする方法。 13．前記クラッドガラスチューブの中のそれぞれの前記タブレットのコア領域は 、前記タブレットのそれぞれの残りのコア領域と異なることを特徴とする請求項 12記載の方法。 14．前記部分は前記ファイバの一端から他端へ分析したとき、前記タブレットの 光学的性質は前記ファイバのそれぞれの部分が隣接部分のそれよりも少ない分散 を示す、ことを特徴とする請求項13記載の製造方法。 15．前記タブレットの光学的性質は前記ファイバのそれぞ れ前記ファイバのコアとクラッドの屈折率であることを特徴とする請求項12記載 の方法。 16．前記タブレットの光学的性質はファイバの少なくとも第１群の前記部分が与 えられた波長の光を伝播し、前記第１群の部分に隣接したファイバの少なくとも １つの部分が前記与えられた波長の光を選択透過することを特徴とする請求項12 記載の方法。 17．光ファイバプリフォームの製造方法であって、 第１群の多数の円筒コアタブレットを与えるステップであって、前記第１群の 多数のタブレットのそれぞれは少なくともコアガラスの中央領域を有し、 第２群の多数の円筒コアタブレットを与えるステップであって、前記第２群の 多数のタブレットのそれぞれは少なくともコアガラスの中央領域を有し、前記第 ２群の多数のタブレットの半径方向の屈折率分布は前記第１群の多数のタブレッ トのそれとは異なり、 クラッドガラスチューブの外表面にガラス粒子の被覆を堆積するステップと、 前記クラッドガラスチューブの中に前記第１群と第２群の多数のタブレットを 交互に挿入するステップと、 前記クラッドガラスチューブの一端から、前記チューブとタブレットの間、隣 接タブレット間、及び前記チューブの他端から外に中心ガスを流すステップであ って、前記中心ガスは純塩素及び希釈ガスと混合された塩素からなる第 １群から選択され、 塩素がそれぞれのタブレットの外表面と前記クラッドガラスチューブの内表面 を化学的洗浄するのに十分な高温に前記チューブを加熱するステップと、 被覆されたアセンブリを前記被覆を焼結するために加熱するステップであって 、これにより半径方向内側方向に力を生起せしめ前記チューブをつぶし、前記タ ブレットと溶着し、さらに前記クラッドガラスチューブを長さ方向に収縮せしめ 隣接タブレットが他の１つに押しつけられて他の１つと焼結プリフォームを形成 するように溶着させられ、さらに 前記焼結プリフォームから光ファイバを形成するステップであって、前記ファ イバは多数の長さ方向部分からなり、それぞれの部分は前記タブレットの１つと 対応することを特徴とする光ファイバの製造方法。 18．前記タブレットの光学的性質が、前記第１群の多数のタブレットに対応した ファイバのこれら部分が、与えられた波長光で与えられた分散を示し、前記第２ 群の多数のタブレットに対応したファイバのこれら部分が、前記与えられた波長 光で前記与えられた分散と異なった他の分散を示し、これにより前記与えられた 波長で前記ファイバの分散が前記与えられた分散と前記他の分散との間の値にな ることを特徴とする請求項17記載の方法。 19．単一の光ファイバであって、 多くの直列に並べられた光ファイバ部分であって、それぞれのファイバ部分は ガラスコアとガラス外表クラッドを有し、第１群のファイバ部分のコアは前記第 １群の部分に隣接したそれぞれのファイバ部分のコアと異なり、前記第１群のフ ァイバ部分のクラッドは前記隣接ファイバ部分のクラッドと同一であり、さらに 二つの隣接ファイバ部分間の遷移範囲であって、前記遷移範囲の長さが10メー タ以下であることを特徴とする単一の光ファイバ。 20．それぞれのファイバ部分のコアは、方位角的に不整合な最大屈折率の軸を有 する屈折率分布を示し、前記第１群のファイバ部分の最大屈折率の軸は前記隣接 ファイバ部分の前記少なくとも１つの最大屈折率の軸と不整合であることを特徴 とする請求項19記載のファイバ。 21．前記第１群のファイバ部分のコアと前記隣接ファイバ部分の少なくとも１つ のコアが楕円形状であり、前記第１群のファイバ部分の楕円コアの長軸は前記隣 接ファイバ部分の前記少なくとも１つの楕円コアの長軸と不整合であることを特 徴とする請求項19記載のファイバ。 22．前記第１群のファイバ部分のコアの屈折率部分が前記隣接ファイバ部分のコ アのそれと異なることを特徴とする請求項19記載のファイバ。 はファイバのコアの最大屈折率、n₂はファイバのクラッドの屈折率であることを 特徴とする請求項19記載のファイバ。 24．前記第１群のファイバ部分のコア組成が前記隣接ファイバ部分のコア組成と 異なることを特徴とする請求項19記載のファイバ。 25．前記第１群のファイバ部分のコアは光増幅能を有するドーパントを含み、さ らに前記隣接ファイバ部分のコアは前記ドーパントを含まないことを特徴とする 請求項19記載のファイバ。 26．前記部分は前記単一ファイバの一端から他端へ分析したとき、前記ファイバ 部分の光学的性質は、前記ファイバ部分のそれぞれが隣接ファイバ部分のそれぞ れよりも低い分散を示す、ことを特徴とする請求項19記載のファイバ。 27．前記第１群のファイバ部分が与えられた波長光を選択透過し、前記隣接部分 は前記与えられた波長光を伝播することを特徴とする請求項19記載のファイバ。 28．前記第１群のファイバ部分は与えられた波長光で与えられた分散を示し、さ らに前記隣接ファイバ部分は前記与えられ波長光で前記与えられた分散と異なっ た第２群の分散を示し、前記与えられた波長で前記ファイバの分散は前記与えら れた分散と前記第２群の分散との間の値であることを特徴とする請求項19記載の ファイバ。 29．前記単一の光学ファイバの減衰が0.25dB/km以下である ことを特徴とする請求項19記載のファイバ。 30．前記単一の光学ファイバの減衰が0.22dB/km以下であることを特徴とする請 求項19記載のファイバ。