JP2004501048A

JP2004501048A - 光ファイバー及び光ファイバー用プリフォームの製造方法

Info

Publication number: JP2004501048A
Application number: JP2001586203A
Authority: JP
Inventors: ハインツ　ファビアン
Original assignee: ヘライオステネフォーアーゲー
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2004-01-15
Also published as: DE10025176A1; EP1286926B1; US20030140659A1; EP1286926A1; DE50103637D1; WO2001090010A1; CN1298646C; CN1430584A

Abstract

コア−クラッド構造を有するプリフォームから又はコア−クラッド構造を形成するいくつかの構成部品の同軸上の配列から糸引きすることにより光ファイバを製造する公知の方法では、より高い屈折率「ｎ_Ｋ」でかつ外径「ｄ_Ｋ」のコア・ガラス層を有するコア・シリンダーがスート堆積法で製造され、該コア・ガラス層が、より低い屈折率「ｎ_Ｍ１」でかつ外径「ｄ_Ｍ１」の第１のクラッド・ガラス層に覆われ、その後、第２のクラッド・ガラス層がコア・シリンダー上に積層される。この方法に変更を加えた本発明の方法は、光ファイバの生産コストが低いことが特徴である。低コストは、この方法の別の工程で製造され、その平均ＯＨ基濃度が最高１重量ｐｐｍであるクラッド管の形状で第２のクラッド・ガラス層（４）を提供し、コア・シリンダー（２；３）上でクラッド管を潰すことにより第２のクラッド・ガラス層（４）を積層し、「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_Ｋ」率が１〜２．２でありかつ深さ１０ｍｍまでの表皮領域の平均ＯＨ基濃度が最高１重量ｐｐｍであるコア・シリンダーを使用することにより実現される（図１）。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、コア・クラッド構造のプリフォームから、またはコア・クラッド構造を形成するいくつかの構成部分の同軸配置から糸引きして光ファイバーを製造する方法に関し、当該コア・クラッド構造では、コア・シリンダーがスート堆積方法で製造され、そのコア・シリンダーは高い屈折率「ｎ_ｋ」と外径「ｄ_ｋ」のコア・ガラス層を有し、低い屈折率「ｎ_Ｍ１」と外径「ｄ_Ｍ１」の第１のクラッド・ガラス層で被覆され、その後、当該コア・シリンダー上に第２のクラッド・ガラス層が積層される。
【０００２】
また本発明は、第２のクラッド・ガラス層と同様に低い屈折率「ｎ_Ｍ１」と外径「ｄ_Ｍ１」の第１のクラッド・ガラス層を同軸に被覆する、高い屈折率「ｎ_ｋ」と外径「ｄ_ｋ」のコア・ガラス層を有する光ファイバーの製造用のプリフォームにも関する。
【０００３】
（背景技術）
過去２０年以上、データ通信に光ファイバーを使用することが経済上重要になってきている。初期は、光ファイバーの光の減衰特性及び物理的強度の改良に重点が置かれていたが、今では低コスト化が重要な課題になってきている。予想される解決方法は、各光ファイバーの伝送容量の増加、及び光ファイバー製造コストの削減が中心になる。商業用途用のいわゆる単一モード光ファイバープリフォームの大部分は、以下の公知方法のいずれかによって製造される：
外付け気相堆積法（ＯＶＤ）、内付け気相堆積法（ＭＣＶＤ）、プラズマ気相堆積法（ＰＣＶＤ）、気相軸付け堆積法（ＶＡＤ）。このような方法では、コアと完成した単一モード光ファイバーの被覆部の一部とから成るコア・シリンダーを最初に製造することが共通している。次に、いわゆる「外被原料」である追加の石英ガラスがコア・シリンダーに被覆される。外被原料が光学的性質に及ぼす影響は小さくなっているが、外被原料の品質は、光ファイバーの機械的強度にとって重要である。
【０００４】
上記方法及び上記タイプのプリフォームは、「コア・プリフォーム」と呼ばれるコア・クラッド構造を有する構成部分のいわゆる外付け気相堆積法による製造方法の第一工程を用いた、単一モード光ファイバー用の石英ガラス・プリフォームの製造について説明している米国特許番号５，８３８，８６６により知られている。コア・プリフォームは、内側のＳｉＯ_２クラッド・ガラス層によって被覆された、二酸化ゲルマニウムをドープしたＳｉＯ_２コア・グラス層で構成される。内腔を消滅させた後、コア・ガラス層の直径「ｄ_ｋ」と第１のクラッド・ガラス層の外径「ｄ_Ｍ１」の比率が２．３９になるように層によって厚さが異なるように設計する。最終プリフォームは、２番目の、外側のクラッド・ガラス層を形成している別のＳｉＯ_２スート層の形成により得られる。
【０００５】
コア・プリフォームの表面を成し、コア・ガラス層に直接隣接する被覆部は、以後「第１のクラッド・ガラス層」と示すものとする。第１のクラッド・ガラス層は、光の伝搬に極めて重要な役割を果たし、そのため、光ファイバーの光学的性質に明確な影響を及ぼす。従って、第１のクラッド・ガラス層の純度と均一性についての要求は、コア・ガラスに満たされる要求に匹敵しなければならない。このため、第１のクラッド・ガラス層の製造は、かなり資源集約的で高価である。
【０００６】
従来の方法においては、コア・シリンダー上にＳｉＯ_２スート層を形成するために酸水素ガス・バーナーを使用し、第２のクラッド・ガラス層を形成する。この製造方法は、ＯＨ基の第１のクラッド・ガラス層への混入につながる。このようなＯＨ基は、第１のクラッド・ガラス層の石英ガラス内にしっかり結合し、塩素雰囲気中でのスート層への次の処理では取り除くことができない。このように、従来技術によって製造されたプリフォームは、通常、第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との間の境界面で、ＯＨ基濃度はかなり高いという特徴がある。
【０００７】
図３に従来のＯＶＤ法によって製造されたプリフォームの直径方向の代表的なＯＨ基濃度分布を概略的に示す。ＯＨ基濃度は、図のＹ軸方向にプロットされ、プリフォームの直径は、Ｘ軸方向にプロットされる。コア・ガラス層３１と第１のクラッド・ガラス層３２の領域のＯＨ基含有率は低い。第１のクラッド・ガラス層３２と第２のクラッド・ガラス層３３との間の境界面３５は、ＯＨ基濃度の顕著なピーク３４によって特徴づけられる。
【０００８】
ＯＨ基にはスペクトルの赤外部に特に強い吸収帯がある。従って、単一モード光ファイバーの光伝搬領域に存在するＯＨ基濃度が低くても、標準的な伝搬波長における光の減衰特性に悪影響を及ぼし得る。図３に示すＯＨ基濃度のピーク３４が光の減衰に及ぼす影響を少なく保つために、従来のＯＶＤ法のプリフォームは、第１のクラッド・ガラス層３２と第２のクラッド・ガラス層３３との間の境界面３５をコア・ガラス層３１から離して配置している。つまり、第１のクラッド・ガラス層３２の外径「ｄ_Ｍ１」は相対的に大きい：図３に示すプリフォームの第１のクラッド・ガラス層３２の外径「ｄ_Ｍ１」は、コア・ガラス層３１の直径「ｄ_ｋ」よりも２．３９倍大きい。
【０００９】
第１のクラッド・ガラス層３２の外径「ｄ_Ｍ１」を縮小すると、ＯＨ基濃度のピーク３４は、コア・ガラス層３１により近づき、そのため、光ファイバーの減衰特性により顕著な影響を及ぼす。このため、既存の方法では、光の減衰を付随して増大させないで、その製造が資源集約的であるプリフォームの第１のクラッド・ガラス層３２内側の大きさを縮小する事は実現できない。
【００１０】
このように、本発明は、光の減衰が少ない光ファイバーを製造するための安価な方法を特定し、及び、この方法に対応するプリフォームを提供するという課題に基づいている。
【００１１】
（発明の開示）
製造方法の点では、本発明では製造方法の別の工程で製造された最大１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度を有し、コア・シリンダーを潰す（コラプス）ことで形成されるクラッド管という形で第２のクラッド・ガラス層を提供することにより、また、「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」の比が１〜２．２であり、深さ１０μｍまでの表皮領域において最大１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度を有するコア・シリンダーを使用することにより、前述の製造方法に基づいてこの課題を解決する。
【００１２】
本発明では、製造方法の別の工程で製造されたクラッド管の形で第２のクラッド・ガラス層を提供する。シリコン含有の出発化合物の火炎加水分解による通常のＯＶＤスート堆積法を用いることで、前述の型のクラッド管は安価に製造できる。クラッド管のＯＨ基含有率を低下させることができ、従来の脱水方法のいずれかにより１重量ｐｐｍ以下に調節できる。クラッド管、特にクラッド管の内腔での平均ＯＨ基濃度が低ければ低いほどヒドロキシル基の存在による光の減衰は少なくなる。通常ＯＨ基濃度はクラッド管壁の断面を通じて一定なので、平均ＯＨ基濃度は容易にこの値に等しいように決定できる。一定値とならないＯＨ基濃度分布が存在する場合には、平均ＯＨ基濃度はクラッド管壁の断面全体のＯＨ基濃度の平均値として定義される。分光手段を用いると、平均ＯＨ基濃度は特に簡単に求めることができる。
【００１３】
クラッド管を潰すことにより、コア・シリンダー上に第２のクラッド・ガラス層を形成する。この方法によって第１のクラッド・ガラス層を水素含有ガスに曝したり、第１のクラッド・ガラス層の石英ガラス中にヒドロキシル基が混入することを回避する。クラッド管をサブストレート上で潰している間に、あるとしても極少量のヒドロキシル基が生成される。
【００１４】
本発明により提供されるコア・シリンダーは、ロッド又は管として設計してもよい。以下に述べる説明は、簡略化するために以下の説明では棒状のコア・シリンダーを用いるが、別途記載のない限り管状のコア・シリンダーが除外されるものではない。
【００１５】
深さ１０μｍまでのコア・シリンダーの第１のクラッド・ガラス層の表面層の平均ＯＨ基含有量は、最大で１重量ｐｐｍである。コア・シリンダー上でクラッド管を潰すことによる第２のクラッド・ガラス層の形成は、第１のクラッド・ガラス層のＯＨ基濃度に全然、又は僅かな影響しか及ぼさない。分光差異測定によって、１０μｍの深さまでの表面層の平均ＯＨ基濃度を求めることができる。
【００１６】
上記の技術的課題の解決に貢献する極めて重要な要素は、製造方法の中で直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」が１以上２．２未満のコア・シリンダーを使用することである。従って、第１のクラッド・ガラス層の外径「ｄ_Ｍ１」は、コア・ガラス層の直径「ｄ_ｋ」の２．２倍より小さい。直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」は、内腔なしのコア・シリンダーについてのものである。管状コア・シリンダーについては、潰した後の各層の直径を適用するものとする。
【００１７】
上記従来の光ファイバーと比較すると、その製造が非常に資源消費的な第１のクラッド・ガラス層の体積比は、はるかにコスト集約的でない他のクラッド原料への置き換えにより減少する。上記手段を併用することによってのみこの減少が可能になるが、これら各手段は、スート（すす）堆積法を用いて製造されるコア・シリンダーの第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との間の境界面において、ＯＨ基濃度を最大値１重量ｐｐｍに保持するのに貢献している。境界面付近でＯＨ基含有率が低いため、第１のクラッド・ガラス層の外径を、境界面付近のＯＨ基濃度がファイバーの光の減衰特性に大きな影響を及ぼすことなく１〜２．２の直径比「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」の程度に縮小できる。
【００１８】
従って、本発明の製造方法は、スート堆積法を用いて光の減衰が少ない光ファイバーの製造を低コストにする。
【００１９】
一例として、光ファイバーは、プリフォームの中のコア・シリンダーがクラッド管とあらゆるその他の外被原料によって被覆されるコア・クラッド構造を有するプリフォームから糸引きされる。あるいは、コア・クラッド構造を形成する多くの構成部分を同軸に配置することによって光ファイバーを糸引きすることが可能である。この設計では、コア・シリンダーは、同軸に配置されたクラッド管及びあらゆるその他の外被原料の内側に配置される。糸引き工程中に、外被原料とクラッド管の両方をコア・シリンダー上で潰す。
【００２０】
本発明は、特に標準単一モード光ファイバー及びその光ファイバー用のプリフォームの製造に関する。標準単一モード光ファイバーは、単純なステップ・インデックス・ファイバーである。光波は、主に光ファイバーのコア領域と内側のクラッド領域を通って伝搬する。本発明では、内側のクラッド領域に必要な高価な石英ガラスの体積比を、安価な石英ガラス品質への置き換えにより低下させることが可能である。しかし、本発明はいわゆる「分散シフト型ファイバー」又は「分散円滑ファイバー」には関係しない。このようなタイプのファイバーは、異なる屈折率を持つ多くの層の連続からできているので、複雑な屈折率分布に特徴がある。このような層すべてが光の伝搬の一翼を担い、そのため、このような層は、高価な石英ガラスからできていなければならなず、その体積比を安価な石英ガラス品質への置き換えにより低下させることができない。
【００２１】
コア・シリンダーとクラッド管の表面領域内のＯＨ基濃度が下がるにつれて、光の減衰に及ぼすＯＨ基含有量の影響が低下する。最大０．５重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度のクラッド管と、最大１０μｍの深さの表面領域で０．５重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度のコア・シリンダーとを使用するのが特に好ましいことは実証済みである。好ましくは、クラッド管とコア・シリンダー表面領域の両方のＯＨ基含有量を最大０．２重量ｐｐｍに保ち、最大０．１重量ｐｐｍのＯＨ基濃度が特に好ましい。
【００２２】
その製造が資源消費的な第１のクラッド・ガラス層によって作製された光ファイバーの全体積比が、安価なクラッド原料への置き換えにより低下するのが本発明の特徴である。コア・シリンダーの直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」が減少するにつれて、安価な原料に取って代わられるクラッド原料の量が増加する。コア・シリンダーの直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」が２．０未満、好ましくは１．７未満のコア・シリンダーを使用することが特に好ましいことは実証済みである。
【００２３】
プリフォームすなわち、コア・クラッド構造を形成する同軸に配置される構成部分は、石英ガラス製クラッド管、又はＳｉＯ_２スートから成る多孔質クラッド管から製造される。石英ガラス製クラッド管を使用することにより、光ファイバーの第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との間に光の減衰特性に好影響を与える、干渉しない境界面の形成が促進される。比較してみると、コア・シリンダー上にクラッド管を潰す間にクラッド管をガラス化して、クラッド管のガラス化のための更なる熱処理工程なしで済ませることができるため、ＳｉＯ_２スートクラッド管を使用する方が安価となる。
【００２４】
「ｎ_Ｍ２」≦「ｎ_Ｍ１」である屈折率「ｎ_Ｍ２」を有するクラッド管を使用するのが特に好ましいことは実証済みである。屈折率「ｎ_Ｍ２」が「ｎ_Ｍ１」に等しい場合は、ファイバーを介する光の伝搬は、第２のクラッド・ガラス層にほとんど影響されないが、屈折率がこの層に使用される石英ガラスの光学的性質が満たすべき更に低い必要条件を示す「ｎ_Ｍ２」＜「ｎ_Ｍ１」である場合は、第２のクラッド・ガラス層によって伝搬される光伝搬率は更に低下する。これにより第２のクラッド・ガラス層用の石英ガラスの製造は単純化され、製造コストが削減される。
【００２５】
フッ素をドープしたクラッド管の使用が特に好ましいことは実証済みである。フッ素のドープは石英ガラスの屈折率を低下させるのに使用できる、即ち、フッ素をドープしたクラッド管を用いることで、「ｎ_Ｍ２」＜「ｎ_Ｍ１」という屈折率の関係は特に容易となり、これを実現するのが安価ですむ。
【００２６】
少なくとももう１つの第３のクラッド・ガラス層で第２のクラッド・ガラス層を被覆するのがよい。この、又はこれらの第３のクラッド・ガラス層は、外被を形成するための更なる石英ガラス原料を提供する。第３のクラッド・ガラス層を含む構造物をかぶせることによって、光ファイバーから糸引きされるプリフォームを製造できるようになる。あるいは、光ファイバーがそれから直接糸引きされ得るコア・シリンダーに、同軸に配置される石英ガラスの形で第３のクラッド・ガラス層を提供できる。
【００２７】
製造方法の第一の好適な変形例では、石英ガラス製中空円筒の形で第３のクラッド・ガラス層を提供し、その第３のクラッド・ガラス層をクラッド管と共にコア・シリンダー上で潰す。同じ工程で多くの管をコア・シリンダー上で潰すことができるので、この方法は低コストですむ。
【００２８】
あるいは、第３のクラッド・ガラス層を多孔質ＳｉＯ_２スートから作製された中空円筒の形で提供し、クラッド管をコア・シリンダー上で潰した後に第３のクラッド・ガラス層をクラッド管上に縮小化するのも製造方法の好適な変形例である。この製造方法の変形例もまた、製造コストについて若干利点があるが、これは多孔質ＳｉＯ_２スート中空円筒は、クラッド管上に縮小化される間にガラス化するからである。従って、ＳｉＯ_２スートの中空円筒の形で提供された外被部には、別のガラス化工程を設ける必要はない。
【００２９】
更に、製造方法の別の適切な変形例として、クラッド管をコア・シリンダー上で潰した後、ＳｉＯ_２スートの外付け堆積法によって形成された第３のクラッド・ガラス層がある。この第３のクラッド・ガラス層を次にガラス化する。第３のクラッド・ガラス層用の管を別個に製造する必要がないため、この製造方法の変形例は製造コストについて若干利点もある。
【００３０】
コア・シリンダー上で潰すクラッド管の外層を多孔質ＳｉＯ_２スートにすることにより、第２のクラッド・ガラス層を形成するという製造方法の別の変形例は、特に製造コストが安価だという利点があることが実証済みである。この変形例では、クラッド管をコア・シリンダー上で潰す間に多孔質ＳｉＯ_２スート層がガラス化するので、コア・シリンダーは製造方法の共通の製造工程で、外被原料と第２のクラッド・ガラス層とにより被覆される。
【００３１】
どの第３のクラッド・ガラス層もファイバーの光伝搬特性に大きな影響を与えることはない。その結果、第３のクラッド・ガラス層に用いられる原料の光学的特性の基準は比較的低い。これにより、この石英ガラスの製造は安価になる。このため、第２のクラッド・ガラス層は、出来る限り薄く設計されるだけでなく、必要なだけの厚みを持つようにも設計される。この理由で、内腔を消滅させた後に外径／内径比が１．２以上、好ましくは１．８以上のクラッド・ガラス層を形成するクラッド管を使用するのが好ましいことは実証済みである。クラッド・ガラス層の外径／内径の比が３未満であることが好ましい。ここでクラッド・ガラス層の外径／内径の比は、内腔なしのコア・シリンダーを指す。管状のコア・シリンダーでは、内腔を消滅させた後、クラッド・ガラス層の外径と内径が直径比を求めるのに用いられる。
【００３２】
コア・シリンダー上でクラッド管を潰す際、環状間隙を有する同軸配置が、潰し工程中に環状間隙に水素含有物質が混入しないで形成されるように、コア・シリンダーの外径とクラッド管の内径を選択するのが好ましい。環状間隙から水素含有物質を除外することにより、環状間隙付近の内壁にヒドロキシル基が生成されるのを防ぐ。環状間隙内に負圧を発生させたり、かつ／またはヘリウム、塩素、フッ素、またはこのようなガスの混合物で環状間隙を充填したりしてこれを達成するのが好ましい。前述のガスを用いて環状間隙を連続して水洗いすることにより、これを促進させるのが好ましい。
【００３３】
本発明の製造方法の好適な変形例においては、外付け気相堆積法（ＯＶＤ）でコア・シリンダーを製造する。ＯＶＤ法は、「ｄ_Ｍ１」／［ｄ_ｋ］の直径比が小さいコア・シリンダーを簡単に低価格で製造するのに特に適している。
【００３４】
上記の課題は、上述のプリフォームに基づく本発明において第２のクラッド・ガラス層をクラッド管の形状に設計することにより解決される。第２のクラッド・ガラス層は別の工程で製造され、次に第１のクラッド・ガラス層上で潰され、最大１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度を有する。そして半径方向のコア・ガラス層の方向に１０μｍまで広がる第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との境界面付近の領域のＯＨ基濃度は最大１重量ｐｐｍであり、直径比「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」は１〜２．２未満である。
【００３５】
本発明によると、別の製造工程の中で製造されたクラッド管の形状で第２のクラッド・ガラス層を提供し、次に第１のクラッド・ガラス層上で潰す。このタイプのクラッド管は、シリコン含有出発化合物の火炎加水分解を用いると、どのような一般的なＯＶＤスート堆積法によっても製造が安価である。従来の脱水方法のいずれかにより、多孔質スート・クラッド管のＯＨ基濃度を低下させることができ、１重量ｐｐｍ以下の事前設定値に調節できる。「平均ＯＨ基濃度」の定義については、本発明の製造方法を説明する上記部分を参照のこと。
【００３６】
第２のクラッド・ガラス層は、クラッド管を潰すことによって形成されるので、ヒドロキシル基の第１のクラッド・ガラス層の石英ガラスへの混入を大体防ぐことができる。その結果、第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との間の境界面付近の第１のクラッド・ガラス層の領域では、ヒドロキシル基の濃度は低い。「境界面付近の第１のクラッド・ガラス層の領域」は、「コア・ガラス層の方向に１０μｍの半径方向の広がりを持つ領域」と定義されるものとする。分光差異測定手段によって、境界面付近の領域の平均ＯＨ基濃度を求めることができる。
【００３７】
上記技術課題の解決に役立つ極めて重要な要素は、直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」が、１〜２．２であることである。従って、第１のクラッド・ガラス層の外径「ｄ_Ｍ１」は、コア・ガラス層の直径「ｄ_ｋ」の２．２倍未満である。上記従来のプリフォームと比較すると、その製造がかなり資源消費的な第１のクラッド・ガラス層の体積比は、その製造がずっとコスト集約的でないその他の外被原料への置き換えにより低下する。第１のクラッド・ガラス層と第２のクラッド・ガラス層との間の境界面でのＯＨ基濃度を、最大１重量ｐｐｍの値に保つことだけにより、第１のクラッド・ガラス層の体積比を低下させることができる。境界面付近の低いＯＨ基含有率は、第１のクラッド・ガラス層の外径を、境界面付近の領域のＯＨ基濃度が光ファイバーの光の減衰特性に重大な影響を及ぼすことなく、直径比、すなわち「ｄ_Ｍ１」／［ｄ_ｋ］が１〜２．２となる範囲まで縮小させることができる極めて重要な要素である。
【００３８】
従って、本発明のプリフォームは、スート堆積法を用いると、製造が安価である。
【００３９】
本発明のプリフォームの効果的な進展は、従属クレームに記載されている。その従属クレームが上記製造方法のクレームに対応するので、上記個々の説明を参照のこと。
【図面の簡単な説明】
下記のとおり、本発明を実施の形態及び図面を用いて説明する。本発明は、図面では概略的に図示される。
【図１】
単一モード・ファイバを製造するための本発明のプリフォームの一実施形態の径方向の断面図である。
【図２】
本発明のプリフォームの製造方法の一実施形態を示す各製造工程を含むフロー図である。
【図３】
従来技術で製造されたプリフォームの径方向の一般的なＯＨ基の濃度分布を表す図である。
【図４】
本発明により製造されたプリフォームの径方向の一般的なＯＨ基の濃度分布を表す図である。
【００４０】
（発明を実施するための最良の形態）
図１において、参照番号１は、本発明のプリフォーム全体を示す。プリフォーム１は、コア・ガラス層２、第１のクラッド・ガラス層３、第２のクラッド・ガラス層４、及びジャケット・ガラス層５から成る。
【００４１】
コア・ガラス層２は、５重量％の二酸化ゲルマニウムで均一にドープ処理された石英ガラスから成る。コア・ガラス層２の直径は、「ｄ_ｋ」＝７ｍｍである。第１のクラッド・ガラス層３の外径「ｄ_Ｍ１」は、１３．９ｍｍである。したがって、内外径比「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_ｋ」は、１．９９である。
【００４２】
プリフォーム１を製造するために、コア・ガラス層２及び第１のクラッド・ガラス層３が、コア・ロッドとして提供され、その上に、第２のクラッド・ガラス層４がクラッド管の形で提供され、潰される。第２のガラス層４は、ドーピング剤が非添加の石英ガラスから成る。図示した実施の形態では、第２のクラッド・ガラス層４の外径は、２６．８ｍｍである。したがって、第２のクラッド・ガラス層４の内径に対する外径の比率は、１．９である。この比率は、第２のクラッド・ガラス層４が生成される元のクラッド管よりやや低く、潰し工程の前のクラッド管とコア・ロッド間の間隙の幅に左右される。
【００４３】
第２のクラッド・ガラス層４は、いわゆる「ジャケット管」により被覆される。このジャケット管は、更なるジャケット・ガラス層５を形成し、プリフォーム１の中で最大の体積を占める。
【００４４】
下記に、図１及び図２を例として用いて、本発明による光ファイバの製造方法を説明する。
【００４５】
本発明の製造方法の必須条件は、いわゆるコア・ロッドをＳｉＣｌ_４及び／又はＧｅＣｌ_４の火炎加水分解を伴うスート堆積法（ＯＶＤ法）により生成することであり、その過程では、長軸を中心に回転する心金のエンベロプ上に酸化粒子を堆積させる。心金としては、直径５ｍｍの酸化アルミニウム管が使用される。本方法では、デポジッション・バーナーを用いて、最初にコア・ガラス層２を堆積する。ＳｉＣｌ_４に加えて、ＧｅＣｌ_４をバーナーに供給して、コア・ガラス層２の内部を上述のドーピング剤濃度にする。その後、ＧｅＣｌ_４の供給を中止して、再び同じ方法を用いて、コア・ガラス層２の上にクラッド・ガラス層３を堆積させる。心金除去後に得られる多孔質石英ガラス管を、その後、塩素含有雰囲気下で乾燥し、その後、焼結・潰し工程を経て、内外径比「ｄ_Ｍ１」／「ｄ_Ｋ」を前出の内外径比１．９９に保持するコア・ロッドを形成する。０．００４重量ｐｐｍというコア・ロッドのＯＨ基濃度は、コア・ロッドの径方向の断面において均一である。コア・ロッドを製造するには、堆積層の純度と均一性に多大な注意を要し、そのため、プリフォームを製造するのは非常に資源集約的で費用がかかる。
【００４６】
同時に、クラッド管がＳｉＣｌ_４の火炎加水分解により製造され、ＳｉＯ_２粒子を生成し、回転する心金上に、生成したＳｉＯ_２が軸方向に堆積される。クラッド管はプリフォームから形成されたファイバーの光の伝搬には大きく関与しないので、この層では、比較的低い純度及び均一性しか要求されない。したがって、クラッド管はいくつかのデポジッション・バーナーを同時に用いることにより、安価に製造することができる。焼結の前に、ドーピング剤を含有しない多孔質石英ガラスでできたクラッド管は、塩素含有雰囲気下で乾燥される。焼結工程後、クラッド管の内径及び外径は、それぞれ、約１５ｍｍ及び約２７ｍｍになり、０．０５重量ｐｐｍの平均ＯＨ基含有率は、クラッド管の肉厚の径方向に均一である。
【００４７】
本発明の方法において必要不可欠な工程は、クラッド管をコア・ロッド上で潰すという工程である。このため、コア・ロッドはクラッド管内で同軸上に配置されている。コア・ロッドとクラッド管の間の環状間隙に面する面は、洗浄され、約１０００度の塩素含有雰囲気下に曝すことにより脱水される。その後、クラッド管とコア・ロッドの組立て品を電気炉で２，１５０度（炉内温度）まで加熱するという溶融工程で、クラッド管をコア・ロッドに取り付ける。環状間隙は、垂直に配置した組立て品を徐々に温度を上げて加熱すると、簡単にふさがれる。クラッド管をコア・ロッド上で潰すと、第２のクラッド・ガラス層４が形成される。第１のクラッド・ガラス層３と第２のクラッド・ガラス層４との境界は、肉眼でかろうじて確認できる程度である。この確認可能な境界では、０．１重量ｐｐｍを越えるＯＨ基濃度の大幅な増加はない。
【００４８】
このように製造された石英ガラス管により、光伝搬に役立つエンベロプ部（いわゆる「オプティカル・クラディング」）と光ファイバ完成品の光伝搬コア部が形成される。石英ガラス管は、コア・ガラス層２を含む。コア・ガラス層２は、二酸化ゲルマニウムで均一にドープ処理され、外径は７ｍｍで、屈折率は、ドーピング剤を含有しない石英ガラスの屈折率よりも約０．００５単位高い「ｎ_Ｋ」である。コア・ガラス層２は、屈折率「ｎ_Ｍ１」が一般的には１．４５８５である非ドープ処理の石英ガラスでできたクラッドに覆われている。クラッドは、第１のクラッド・ガラス層３と第２のクラッド・ガラス層４により形成されており、第２のクラッド・ガラス層４がクラッドのより大きな体積を占める。
【００４９】
プリフォームの製造を完了するために、このように生成された石英ガラス管は、ジャケット・ガラス層５を形成するドーピング剤を含有しない石英ガラス管（いわゆる「クラッド管」）で被覆される。この時点で、プリフォームの外径は１００ｍｍである。このプリフォームから糸引きされた光ファイバは、１３８５ｎｍの波長で、０．６ｄＢ／ｋｍの光減衰を示す。
【００５０】
図４は、本発明のプリフォームの径方向の一般的なＯＨ基濃度分布を表す概略図である。比較のために、図３のＯＨ基濃度分布を点線で示す。
【００５１】
図において、ＯＨ基濃度及びプリフォームの外径はそれぞれ、Ｙ軸及びＸ軸で表される。コア・ガラス層４１及び第１のクラッド・ガラス層４２のＯＨ基含有率は、均一でかつ低く、上述の実施形態では、０．００４重量ｐｐｍである。第２のクラッド・ガラス層４３のＯＨ基含有率はいくぶん高い（０．０５重量ｐｐｍ）ので、第１のクラッド・ガラス層４２と第２のクラッド・ガラス層４３との境界４５は、ＯＨ基濃度分布では小さな段差として確認可能である。先行技術のプリフォームの（従ってそのファイバー完成品にも存在する）特徴であるＯＨ基濃度の顕著なピークは、本発明のプリフォームでは確認されない。したがって、プリフォームから形成されるファイバーの光減衰に悪影響を与えることなく、境界４５はコア・ガラス層４１に近接して配置され得る。すなわち、図３のプリフォームと比較すると、第１のクラッド・ガラス層４２の外径「ｄ_Ｍ１」は比較的小さく、図４の第１のクラッド・ガラス層４２の外径「ｄ_Ｍ１」は、コア・ガラス層４１の直径「ｄ_Ｋ」よりわずか１．９９倍大きいだけである。このように、プリフォームに関与する体積比率を、増加した光減衰に悪影響を与えることなく、資源集約的に製造される内側のクラッド・ガラス層４２により減少させることが可能である。
【００５２】
本発明で取り入れられた、ＯＶＤ成長法により光ファイバ用の合成石英ガラスを製造する方法及び装置に関する詳細情報については、下記の文献を参照のこと。米国特許Ｎｏ．５，７８８，７３０では、径方向に均一な密度分布を有するスート体を製造するための方法、中央ノズルと少なくとも３本の環状間隙ノズルを有する石英ガラスのデポジッション・バーナーを記載している。ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９７　２５　９５５では、液体ガラス製品の出発原料を供給するバーナーの使用を記載している。ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９５　０１　７３３では、圧力補償器を使用して、多数のデポジッション・バーナーに同時かつ均一にガスを供給する装置を開示している。ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９６　２９　１７０では、スートの堆積効率を上げるために、デポジッション・バーナーとスート体の間の静電界を使用することを提案している。ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９６　２８　９５８及びドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９８　２７　９４５では、振動移動するバーナー列を使用してスートの堆積をより均一にする方法が記載されている。堆積工程中及び堆積工程後にスート体を処理する方法及び装置は、ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９７　５１　９１９及びドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９６　４９　９３５により公知である。また、米国特許Ｎｏ．５，６６５，１３２及びＮｏ．５，７３８，７０２及びドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９７　３６　９４９では、ガラス化中にスート体を保持する方法が記載されている。フッ素及びホウ素でドープ処理した石英ガラスについて、欧州特許公開公報Ｎｏ．５８２　０７０に記載されている。米国特許Ｎｏ．５，７９０，７３６では、ファイバーのコア及びジャケット材の粘度を調整する方法が開示されている。ドイツ特許ＤＥ　１９８　５２　７０４にはＭＣＶＤ成長法を用いてドープ処理したサブストレート管から光ファイバを製造する方法が記載されている。ガラス化された石英ガラスの中空シリンダーを特殊なドリルを使って後処理する方法が、米国特許Ｎｏ．５，６４３，０６９で開示されている。米国特許Ｎｏ．５，７８５，７２９では、ロッド・イン・チューブ法で大容量のプリフォームを製造する方法が記載されている。ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９９　１５　５０９では、後者の技術に適した排気が記載されている。欧州特許公開公報ＥＰ−Ａ１　７６７　１４９及びドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１　１９６　２９　１６９は、垂直糸引き法を用いた、高い寸法精度の石英ガラス管の製造方法に関する。

Claims

より高い屈折率「ｎ_Ｋ」でかつ外径「ｄ_Ｋ」のコア・ガラス層を有するコア・シリンダーがスート堆積法で製造され、該コア・シリンダーが、より低い屈折率「ｎ_Ｍ１」でかつ外径「ｄ_Ｍ１」の第１のクラッド・ガラス層に覆われ、第２のクラッド・ガラス層が該コア・シリンダー上に積層さている、コア‐クラッド構造を有するプリフォームあるいはコア‐クラッド構造を形成するいくつかの構成部品の同軸上の配列から糸引きすることにより、光ファイバを製造する方法であって、該第２のクラッド・ガラス層（４）が該方法の別の工程で製造されたクラッド管の形状で提供され、該クラッド管が、最高１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度を有し、該第２のクラッド・ガラス層（４）が該コア・シリンダー（２；３）上で該クラッド管を潰すことにより積層され、「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が１〜２．２であるコア・シリンダー（２；３）が使用され、該コア・シリンダーは、表面から深さ１０μｍまでの領域において、最高１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度を有することを特徴とする、光ファイバを製造する方法。
平均ＯＨ基濃度が最高０．５重量ｐｐｍであるクラッド管及び深さ１０μｍまでの表面近くの領域において平均ＯＨ基濃度が最高０．５重量ｐｐｍであるコア・シリンダー（２；３）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載する方法。
平均ＯＨ基濃度が最高０．２重量ｐｐｍであるクラッド管及び深さ１０μｍまでの表面近くの領域において平均ＯＨ基濃度が最高０．２重量ｐｐｍであるコア・シリンダー（２；３）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載する方法。
平均ＯＨ基濃度が最高０．１重量ｐｐｍであるクラッド管及び深さ１０μｍまでの表面近くの領域において平均ＯＨ基濃度が最高０．１重量ｐｐｍであるコア・シリンダー（２；３）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載する方法。
「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が２．０未満のコア・シリンダー（２；３）を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が１．７未満のコア・シリンダー（２；３）を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
石英ガラスでできたクラッド管を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
ＳｉＯ_２スートでできたクラッド管を使用することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載する方法。
「ｎ_Ｍ２」≦「ｎ_Ｍ２」である屈折率「ｎ_Ｍ２」を有するクラッド管を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
フッ素ドープ処理した石英ガラスでできたクラッド管を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）が、少なくとも一つの別の第３のクラッド・ガラス層（５）で被覆されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
前記第３のクラッド・ガラス層（５）が、前記クラッド管と一緒に前記コア・シリンダー（２；３）の上で潰される石英ガラスでできた中空のシリンダーの形状で提供されることを特徴とする、請求項１１に記載する方法。
前記第３のクラッド・ガラス層（５）が、潰された後に前記コア・シリンダー（２；３）を被覆する前記第２のクラッド・ガラス層（４）の上で収縮する多孔質のＳｉＯ_２スートでできた中空シリンダーの形状で提供されることを特徴とする、請求項１１に記載する方法。
前記第３のクラッド・ガラス層（５）を、前記コア・シリンダー（２；３）上で前記クラッド管を潰した後にＳｉＯ_２スートを外付け成長させて製造することを特徴とする、請求項１１に記載する方法。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）及び前記第３のクラッド・ガラス層（５）が、多孔質ＳｉＯ_２スートで外側を覆われたクラッド管を提供することにより製造され、該クラッド管が前記コア・シリンダー（２；３）上で潰されることを特徴とする、請求項１１に記載する方法。
内径に対する外径の比率が１．２〜３である第２のクラッド・ガラス層（４）が製造されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
内径に対する外径の比率が少なくとも１．８である第２のクラッド・ガラス層（４）が製造されることを特徴とする、請求項１６に記載する方法。
潰す工程が、環状間隙を形成することによりクラッド管及びコア・シリンダー（２；３）を同軸上に配列することを含み、水素含有物質が前記潰す工程中に前期環状間隙から排除されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
前記環状間隙の中に負圧が生じ、及び／又は、該環状間隙がヘリウム、塩素、フッ素、またはこれらのガスの混合ガスを含むということを特徴とする、請求項１８に記載する方法。
前記コア・シリンダー（２；３）を、外付け気相成長法（ＯＶＤ法）により製造することを特徴とする、前記請求項のいずれか一つに記載する方法。
より高い屈折率「ｎ_Ｋ」でかつ外径「ｄ_Ｋ」であるコア・ガラス層が、第２のクラッド・ガラス層及びより低い屈折率「ｎ_Ｍ１」でかつ外径「ｄ_Ｍ１」である第１のクラッド・ガラス層により同軸上で被覆される光ファイバを製造するためのプリフォームであって、該第２のクラッド・ガラス層（４）が、クラッド管の形状で提供され、別の工程で製造され、該第１のクラッド・ガラス層（３）上で潰され、平均ＯＨ基濃度が最高１重量ｐｐｍであり、最高１重量ｐｐｍの平均ＯＨ基濃度が該第１のクラッド・ガラス層（３）と該第２のクラッド・ガラス層（４）との境界近くの領域の該コア・ガラス層（２）の方向に１０μｍ径方向に広がり、「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が１より大きく２．２より小さいことを特徴とする、プリフォーム。
前記第１のクラッド・ガラス層（３）と前記第２のクラッド・ガラス層（４）との境界の両側の深さ１０μｍまでの領域の平均ＯＨ基濃度が、最高０．５重量ｐｐｍであることを特徴とする、請求項２１に記載するプリフォーム。
前記第１のクラッド・ガラス層（３）と前記第２のクラッド・ガラス層（４）との境界の両側の深さ１０μｍまでの領域の平均ＯＨ基濃度が、最高０．２重量ｐｐｍであることを特徴とする、請求項２１に記載するプリフォーム。
前記第１のクラッド・ガラス層（３）と前記第２のクラッド・ガラス層（４）との境界の両側の深さ１０μｍまでの領域の平均ＯＨ基濃度が、最高０．１重量ｐｐｍであることを特徴とする、請求項２１に記載するプリフォーム。
「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が、２未満であることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載するプリフォーム。
「ｄ_Ｋ」に対する「ｄ_Ｍ１」の比率が、１．７未満であることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載するプリフォーム。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）が屈折率「ｎ_Ｍ２」を有し、「ｎ_Ｍ２」≦「ｎ_Ｍ１」であることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２６のいずれかに記載するプリフォーム。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）がフッ素ドープ処理した石英ガラスから成ることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２７のいずれかに記載するプリフォーム。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）の内径に対する外径の比率が１．２〜３であることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２８のいずれかに記載するプリフォーム。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）の内径に対する外径の比率が少なくとも１．８であることを特徴とする、請求項２１乃至請求項２９のいずれかに記載するプリフォーム。
前記第２のクラッド・ガラス層（４）が、少なくとも一つの別のクラッド・ガラス層（５）により被覆されることを特徴とする、請求項２１乃至請求項３０のいずれかに記載するプリフォーム。