JP2015508386A - 光学部品のための半完成品としての石英ガラス管並びに前記石英ガラス管を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

コアロッドを収容するための管路中心軸に沿って延在する内孔部と、内側クラッド面と外側クラッド面とによって画定される管路壁部とを有し、前記管路壁部内では、第１の石英ガラスからなる内側領域と、該内側領域を取り囲む外側領域とが、前記中心軸の周りに延在する接触面において互いに接している、光学部品のための半完成品としての石英ガラス管は周知である。ここでの前記第１の石英ガラスと前記第２の石英ガラスの屈折率は異なっている。これに基づいた例えばロッド状若しくはファイバ状のレーザ活性型光学部品のような特殊用途向けの光学部品の製造をさらに容易にする石英ガラス管を提供するために、本発明によれば、接触面が半径方向断面において非円形の延在形状を有し、内側クラッド内面は円形の延在形状を有するように構成される。

Description

本発明は、コアロッドを収容するための管中心軸に沿って延在する内孔部と、内側クラッド内面と外側クラッド外面とによって画定される管路壁部とを有し、前記管路壁部内では、第１の石英ガラスからなる内側領域と、該内側領域を取り囲む第２の石英ガラスからなる外側領域とが、前記中心軸の周りに延在する接触面において互いに接しており、前記第１の石英ガラスの屈折率と前記第２の石英ガラスの屈折率とが異なっている、光学部品のための半完成品としての石英ガラス管に関している。

また本発明は、そのような石英ガラス管を製造するための方法にも関している。

欧州特許出願公開第１ ０００ ９０９号広報には、その壁部に亘って不均一な屈折率の経過を有する石英ガラスからなるサブストレート管が開示されている。この不均一な屈折率の経過を達成するために、サブストレート管の内孔部に対向する内層は酸化ゲルマニウムでドープされており、それによって、非ドープの石英ガラスに比べ、屈折率が上昇する効果が現れる。それに隣接する外層は、比較的低い屈折率を有している。

このサブストレート管は、いわゆるＭＣＶＤ（内付け気相成長；Modified Chemical Vapor Deposition）法によって、光ファイバ用の標準的なプリフォームの製造に使用される。この場合、サブストレート管のドープされた内側層は、他の方法よりも時間のかかる内付け気相成長によって形成されるガラス材料の一部を置き換えることができ、このことは、プリフォームのための製造工程のコストを低減させる。

多くの場合、光学的プリフォームのコアガラスは、いわゆるコアロッドとして提供され、このコアロッドは、ロッドインチューブ法に基づいて付加的なジャケット材料で包含される。このジャケット材料は、場合によってはチューブの形態で存在し、本発明に係る半製品を形成する。

この種の上位概念によるコアロッドを包含する半製品としての石英ガラス管は、国際公開第２０１０／００３８５６号パンフレットからも公知である。この石英ガラス管の場合、円形の内孔部が管路壁部によって取り囲まれ、３つの層からなっており、詳細には石英ガラスからなる内層と、この内層を取り囲む比較的低い屈折率を有するフッ素ドープされた石英ガラスからなる環状領域層と、この環状領域層を取り囲む外層とからなっている。

このクラッド領域の壁部構成は、曲げに弱い光ファイバの製造に対して有用であることがわかっている。しかしながら、本発明は、標準的な光ファイバというよりも、特殊なレーザ活性型の光ファイバや光学部品に係る。１つ以上のレーザ活性コア領域は、光の誘導といわゆる光学的ポンピングのために使用されるクラッド領域によって取り囲まれている。この場合レーザ光はコア領域内に入射され、そこに存在するレーザ活性イオンを励起する。励起されたイオンによって、コア領域を貫通する光パルスが付加的なエネルギーを受け入れ、それによって増幅されるか、又は、レーザ活性物質が、入射されたポンプ光自体によってレーザ光送出のために励起される。

このような光学部品も、頻繁に、複数のクラッド層を備えており、この場合、少なくとも１つのクラッド層の断面は円形とは異なっている。この違いは、光学部品の中でポンプ光領域内の光誘導に変化をもたらす。それによって、特に光モード（いわゆるヘリックスモード）が阻害され、変化する。そうでなければこの光モードはコア領域を巡り、簡単にはコア領域内に入射できない。従って、クラッド領域内の対称性の変化は、コアゾーン内へのポンプ光の効率的な入射に影響する。

この種の光ファイバは、米国特許出願公開第２００３／００３１４４４号明細書から公知である。ここでの石英ガラスからなるレーザ活性コア領域は、当該コア領域よりも小さい屈折率を有する石英ガラスからなる内側クラッドガラス層によって取り囲まれており、さらにこの内側クラッドガラス層が今度は、当該内側クラッドガラス層の屈折率よりも小さい屈折率の石英ガラスからなる外側クラッドガラス層で構成されている。これらの２つのクラッドガラス層は、半径方向断面において、八角形をしており、コア領域は円形である。

ファイバは、プリフォームから線引きされる。その製造方法には２つの方法が挙げられる。これらの２つの方法は、コア領域と当該コア領域を取り囲む内側クラッドガラス層とを有する通常円形のコアロッドを提供するという点で共通している。このコアロッドは研削され、それによって内側クラッドガラス層が八角形の幾何学的外形形態を与えられる。続いてこの外側クラッドガラス層は、プラズマ外部蒸着法（ＰＯＤ；Ｐｌａｓｍａ Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、あるいは、別個に形成されるジャケット管のいわゆる崩壊によって被着される。

技術的問題
コアロッドの石英ガラスは、通常は純度と光学的品質に関して特に高い要求に十分に対応することが可能である。そのためコアロッドは、プリフォームの製造において大きなコスト要因となる傾向がある。内側クラッドガラス層の研削処理の際には、公知手法ではコアロッドの全損失を引き起こすリスクも抱えている。

またＰＯＤ法を用いた外側クラッドガラス層の堆積の際にはさらに別の問題も生じ得る。すなわち、製造プロセスに起因する高いエネルギーの紫外線放射が、紫外線に敏感なコア材料に損傷を引き起こす可能性があることである。

従って本発明の課題は、特にロッド状又はファイバ状のレーザ活性光学部品のような特定用途向け光学部品の製造をさらに容易にさせる石英ガラス管を提供することにある。また本発明は、このような石英ガラス管を製造するための低コストの方法を提供することも目的としている。

発明の概要
石英ガラス管に関する上記の課題は、冒頭に述べたようなタイプの石英ガラス管から出発して本発明により、次のようにして解決される。すなわち、接触面が半径方向断面において非円形の延在形状を示し、内側クラッド内面が円形の延在形状を示すように構成することによって解決される。

本発明による管状の石英ガラス管は、一方では円形の内孔部を提供し、他方では管路壁部に亘って不均一な屈折率の経過を提供している。この場合管路壁部内では屈折率の異なる領域間に少なくとも１つの接触面が延在し、これは冒頭に述べたような公知の石英ガラス管とは、円形ではないという点で異なっている。

この石英ガラス管は以下では、非円形の接触面を有するジャケット管ないしクラッド管とも称する。この管は基本的にはＭＣＶＤ法か又はその他の内付け堆積法において、サブストレート管として使用することができ、この管は特に、例えばクラッド管やコアロッドのような少なくとも１つのさらなる石英ガラス部材を覆うのに適している。

前記コアロッドは、中央のコアガラス領域がジャケットないしクラッド領域によって取り囲まれたレーザ活性ガラスからなるロッドであってもよい。これにより少なくとも一部は石英ガラス管の形態で提供される。

ＭＣＶＤ法、又は類似の内付け堆積法を使用する場合、円形の内孔部は、所定の層構造を容易にさせる。

円形の内孔部内に取り入れるのに使用する場合には、例えばその断面が円形のコアロッドや環状管路など、円形の外周を有する別の石英ガラス部品が使用される。これらの部品の間には、環状の空隙が残留する。この石英ガラス管は、さらなる別の石英ガラス部品上で崩壊し、これに融合する。この場合、前記環状の空隙は、他の幾何学的空隙形状に比べて崩壊と融合を容易にさせる。

ここで特に重要な点は、管路壁部内の接触面の非円形の延在形状が既に固定的に設定されていることである。というのもそれによって、従来技法において非円形構造を生成するために必要であった、ジャケットないしクラッドの研削がコアロッドとの直接の接続のもとで不要になるからである。本発明によれば、中間製品としての「コアロッド」と「非円形の接触面を有するジャケット管」が別々に作成され、最後に両方の中間製品を（かぶせる際に）プリフォームにまとめたときに初めて完成される。これにより、コアロッドを封入する際の工程ステップの数が減少し、その結果、コアロッドの損傷のリスクが低減される。

円形の接触面のずれは、管中心軸周りの回転対称性に影響をもたらし、クラッド領域内の光誘導に変化をもたらす。特にそれによって光モード（いわゆるヘリックスモード）が阻害され、変化する。そうでない場合にはこの光モードは、コア領域を巡って、当該コア領域内に容易には入射されないものである。このことは、コア領域内へのポンピング光の効率的な入力結合をもたらし、それによってポンピング効率が高まる。

ジャケット管の内側領域は、円形の内孔部に直接接するか、又は、管路壁部内でさらに外方に向けて置き換えられる。つまり、内方へ向けて異なる屈折率を有する別の石英ガラスによって画定される。いずれのケースにおいても、内側領域は、外側領域によって直接取り囲まれる。この外側領域も、外側クラッド面に隣接しているか、又は管路壁部内でさらに内方に向けて置き換えられる。つまり、直接、さらに別の屈折率を有する別のクラッド材料によって直接取り囲まれる。

石英ガラス管は、特にレーザ活性ファイバ用のプリフォームの製造に適している。このファイバは、上述したような理由から、部材中心軸に対して非回転対称なクラッド領域を有するものである。またそれと同時に複数のコアロッドが差し込み可能であり、このことは、生産性を向上させる。しかしながら、それはまた、検査目的など他の適用例においても利点をもたらし、異なるコアロッドが検査または修復される。その際には、公知手法に従って各コアロッド毎に高価なプリフォームが製造されなければならない。それとは対照的に、非円形の接触面を有するジャケット管を使用すれば、異なるコアロッドを同時に管路内へかぶせることが可能になる。

石英ガラス管の内径は、数ｍｍの範囲であり、典型的には５ｍｍから２０ｍｍの範囲である。また管路壁部の厚さは、少なくとも１ｍｍである。石英ガラス管の外径は、２.５ｍｍ以上であり、好ましくは７.５ｍｍよりも大きく、典型的には２０〜３０ｍｍの範囲である。

既に上述したように、接触面の非円形の延在形状は、石英ガラス管の中心軸周りの回転対称性をもたらす効果を有している。この回転対称性の特に効果的な屈折率は、前記接触面の延在形状が半径方向断面において少なくとも１つの角を有することによって達成される。

この角とは、巨視的に見て接触領域の半径方向の周囲における不連続と理解されたい。この角点は丸められていてもよい。想的な頂点とは、そこにおいて２つの側面の２つの境界線がある角度で丸められることなく相互に当接するという意味では生成することが技術的に困難であり、所望の効果を達成するために必ずしも必要なものではない。また、１つ以上の丸められた角点はこの目的を満たす。

最も簡単なケースでは、前記接触面は半径方向断面において多角形の延在形状を示す。

接触面が多角形の延在形状、例えば断面において六角形若しくは八角形の延在形状を有する接触面は、石英ガラスからなる出発材料体を機械加工することによって又は軟化した石英ガラス質量体を成形または熱間成形することによって比較的容易に製造可能である。

但し理想的な多角形の幾何学形状に調整することも必ずしも必要ではない。実際に多くの場合、多額の費用をかけずに達成できるものではなく、例えば多角形の角に丸みが残ったとしても有害ではない。

それに対して代替的に、前記接触面は、半径方向断面において交互に直線状又は湾曲状の長手区間を有していてもよいし、又は交互に左右に湾曲した長手区間を有していてもよい。

これは、単純な円形に比べて、ヘリックスモード回避に関して特に有効な幾何学形態の変更である。この場合には内側クラッド面が、片側に若しくは複数の側（好ましくは反対側）に、平坦な面を有しているか又は僅かに内方へ湾曲した面（凹面）を有し、それによって、円形部分に１つ以上の平坦部が生成される。このような平坦部を備えた実施形態は、公知文献ではＤ形状とも称されており、２つ若しくは４つの相対向する平坦部を有する実施形態は、ダブルＤ形状ないしクウォーターＤ形状とも称されている。

ヘリックスモードの特に効果的な回避は、次のような実施形態によって達成される。すなわち内側領域と外側領域の間の接触面が、管路壁部内で２つの接触面によって取り囲まれた第１の接触面であり、この場合第２の接触面も異なる屈折率の石英ガラスからなる領域を画定し、かつ半径方向断面において非円形の延在形状を有している実施形態である。

有利な実施形態によれば、外側クラッド面は円形の延在形状を示す。

石英ガラス管の円形の外側クラッド面は、その光学部品へのさらなる処理を容易にさせる。

前記石英ガラス管は、一つ以上の偏心的に配置された内後部を有していてもよい。この内向部は、レーザ活性コアガラスによって充填される。そこから製造された光学部品をレーザとして使用する場合には、コア領域の偏心的な配置がポンピング光の入力結合の際に利点となる。というのもそれによってコア領域が、端面側から入射するポンピング光の量が少なくなる構成部品の領域に移るからである。これは、入射面の領域においてポンピング光の吸収を低減させることにつながる。その上さらに、コア領域の偏心的な配置は、外部からの冷却も容易になる。

しかしながら内孔部の偏心的配置に伴う問題は、ビームの誘導と、特にレーザビームの出射にあることが判明している。

従って、この欠点は、石英ガラス管の次のような有利な実施形態によって回避される。すなわち、内孔部が中心軸に対して同軸に延在している実施形態である。

さらに外側領域の石英ガラスが、フッ素ドープされているとさらに有利であることが判明した。

その場合、フッ素は、９重量％までの高濃度に、好ましくは１〜５重量％の範囲で、比較的容易にかつ均質に石英ガラス内にドープされる。公知のように、石英ガラス内へのフッ素のドーピングは、屈折率の減少と粘度の低減を引き起こす。この屈折率の減少によって、外側領域の石英ガラスは、光誘導に寄与する。

またこの関係において、内側領域が、非ドープの石英ガラスからなっている場合にも有利でることが判明した。

好ましい実施形態によれば、管路壁部が内孔部と内側領域との間を延在し、かつ、非ドープの石英ガラスよりも大きな屈折率を有する石英ガラスからなっている、内側層を有することが提案される。

この内側層の高い屈折率は、例えば、ゲルマニウム、ランタン、セリウム、アルミニウムなどのような１つ以上のドーパントを石英ガラスにドープすることによって達成される。それにより、内側層の屈折率がコアロッドに適合化される。この半径方向の屈折率の経過は、このケースにおいては、コアロッド領域に接する、増加した屈折率を有するベースを備える。このことはペデスタルデザインとも称される。

本発明による石英ガラス管の低コストの製造のための方法に関する、前記課題は、本発明により、母材管を石英ガラスから形成し、前記母材管は管路壁部を有し、該管路壁部内では、半径方向で取り囲み断面が非円形の接触面において、第１の石英ガラスからなる内側領域と、該内側領域を取り囲む第２の石英ガラスからなる外側領域とが互いに接し、前記第１の石英ガラスの屈折率と前記第２の石英ガラスの屈折率とが異なっており、前記母材管は、工具なしで、石英ガラス管ストランドに線引きされ、そこから部分部材にカットされるようにすることで解決される。

本発明による方法のもとでは、まず母材管が準備され、その壁部内に、異なる屈折率を有する少なくとも２つのクラッド領域が設けられる。それらは互いに非円形で管の長手軸を取り囲む接触面を有している。このクラッド領域は、この趣旨において非円形の接触面を備える。

線引きプロセスでは、肉厚の母材管から上述したような石英ガラス管が生成される。そのようにして得られた管状の石英ガラス管の全長は、付加的なコーティング過程若しくは付加的処理過程なしで、最初の母材管の全長に比べて数倍長い。これにより、そのように製造された石英ガラス管の使用のもとで、プリフォームや光ファイバ等の光学部品が、特に安価に製造することができる。この場合、母材管の製造コストは、複数の構成要素に分割され、それに伴って部品当たりの総コストも低減する。

本発明による方法の好ましい変形実施例によれば、結果として生じる管状の石英ガラス管の内孔部は、ツールなしで成形され、高温成形によって平滑化される内側表面が、非常に高い表面品質を備える。

前記線引き過程によれば、有利には、３から１００の範囲の延伸比、特に好ましくは４０未満の延伸比が設定される。

この延伸倍率（線引き過程前後での管路の長さ比）が大きければ大きいほど、得られた石英ガラス管の全長に関係する母材管の製造コストは安くなる。前述した下方の限界値を下回る延伸倍率の場合には、これに係わる有意な効果は何も生じない。また前述した上方の限界値を上回る延伸倍率の場合には、特にボリュームの大きなかさばる母材管を線引きしなければならなくなり、このことは、線引き過程の取り扱いを困難にさせる。

なお、線引き過程の際に、母材管の内孔部が洗浄ガスによって洗浄されると特に有利であることも判明した。

このことは、石英ガラス管の内孔部内への汚染物質の侵入と管路壁部の表面品質の劣化を阻止する効果がある。

半径方向断面において円形の外側クラッド外面と非円形の接触面とを備えた第１実施形態のジャケット管を示した図 多角形の外側クラッド外面と非円形の接触面とを備えた第２実施形態のジャケット管を示した図 内孔部に対して非同心的に延在する非円形の接触面を備えた第３実施形態のジャケット管を示した図 クラッド領域に４重のＤ字形断面幾何学形状と非円形の接触面とを備えた第４実施形態のジャケット管を示した図 中央軸から横方向にオフセットした付加的孔部と非円形の接触面とを備えた第５実施形態のジャケット管を示した図 中央の内孔部周囲に分散した複数の付加的孔部と非円形の接触面とを備えた第６実施形態のジャケット管を示した図 ２つの同軸状の接触面と非円形の接触面とを備えた第７実施形態のジャケット管を示した図 いわゆるペデスタルデザインの屈折率の経過と非円形の接触面とを備えた第８実施形態のジャケット管を示した図 図１による石英ガラス管用いて製造された、半径方向断面において矩形状のコア領域を有するレーザーファイバ用プリフォームを示した図 従来技法によるプリフォーム製造方法を示したフローチャート 本発明によるプリフォーム製造方法を示したフローチャート

実施例
以下では本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。これらの詳細は各図面に略図で描写されている。

図１に概略的に示されている石英ガラス管では、断面が円形の内側クラッド内面１と、同じように円形の外側クラッド外面２とが、管路壁部３を画定している。この管路壁部３は、内側クラッド領域４と外側クラッド領域５から合成されている。ここでの内孔部には、符号７が付されている。内側クラッド領域と外側クラッド領域との間の接触面６は、半径方向断面において八角形である。石英ガラス管のクラッド構造は、内孔部７に対して同軸方向に延在する中心軸１７周りで八重の回転対称性を有する。

図２〜図９において図１と同一の参照番号が使用されている限り、それらは、図１と同一かまたは同等の構成要素ないしジャケット管部分を表す。

図２の実施形態も内側クラッド領域４と外側クラッド領域５の間の接触面６が八角形を示している。ここでは非常に薄い管路壁部が同じ様な八重の対称性のクラッド構造である。但し、図１の実施形態とは異なって、ここでは外側クラッド外面２も八角形であり、そのため外側クラッド領域５は長手方向においても、半径方向においても、ほぼ一定の厚さを有する。

図３の実施形態において、図１の実施形態と本質的に異なる特徴は、同じように八角形の内側クラッド領域４が、内孔部７に対して横方向にオフセットされた重心を有していることである。接触面６は、中心軸１７に対して平行に延在しているが、しかしながら中心軸１７に対して同軸状ではない。このクラッド構造は、ここでは中心軸１７を通る鏡面についてのみ鏡面対称である。外側クラッド領域５の幅は、半径方向で見て変化している。

図４には、内側クラッド領域の、環状形態とは異なる別の断面幾何学形態が示されており、詳細には、いわゆる４重のＤ形態を有する輪郭が示されている。ここでの接触面６では、湾曲した４つの長手区間１０が各象限において直線状若しくは僅かに内方へ湾曲した長手区間１１によって相互に接続されている。このクラッド構造は、４重の対称性を有している。

図１から図４に基づいて説明した前記の実施形態では、内側クラッド領域４が、それぞれ非ドープの石英ガラスからなり、外側クラッド領域５は、フッ素ドープされた石英ガラスからなり、内側クラッド領域４よりも低減した屈折率を有している。

図５の断面図では、内孔部７に対して横方向にオフセットされ、中心軸１７の両側に、２つの付加的な孔部２８がクラッド領域内に設けられていることが分かる。これらは、偏光の得られる光ファイバ用のプリフォームの製造のための、いわゆるストレスロッドの収容に用いられる。

図６に示されている実施形態では、内側クラッド領域４内に６つの付加的な孔部３０が設けられており、これらの孔部３０は、内孔部７と中心軸１７の周りに均等に分散している。これらの孔部３０は、例えばレーザ活性石英ガラスの収容に使用される。

図７に概略的に示されている非円形の接触面を備えたジャケット管の実施形態は、図２の実施形態と次の点で異なる。すなわち外側クラッド領域５に、外方に向けてさらに２つのさらなるクラッド層が続いている点で異なる。そこではそれぞれ、非ドープの石英ガラスからなる２つのクラッド領域４，１４と、フッ素ドープされた石英ガラスからなる２つの外側クラッド領域５，１５とが設けられている。ここでは、非ドープの石英ガラスからなる領域と、ドープされている石英ガラスからなる領域が、内側から外側への半径方向において交互に入れ替わっている。非ドープの石英ガラスからなる２つのクラッド領域４，１４は、それぞれ、断面方向で見て円形の内側境界面と、八角形の外側境界面とを有しており、フッ素ドープされた石英ガラスからなる２つの外側クラッド領域５，１５は、これと正反対である。それにより、複数の接触面６，１６，２６のうちの２つが、断面方向で見て八角形（６，２６）であり、その他は円形（１６）である。

図８には、非円形の接触面を備えた本発明によるジャケット管の実施形態が概略的に示されており、ここでは内孔部７に隣接する最も内側のクラッド領域１８が、次の内側クラッド領域４に対して円形の接触面１９を有する。ここではクラッド領域４が、本発明に係る内側クラッド領域を示す。なぜならこのクラッド領域４が、外方に向けて隣接する外側クラッド領域５に対して非円形の接触面６を有しているからである。内孔部７に隣接する、最も内側のクラッド領域１８は、酸化ゲルマニウムを用いたドープによって、内孔部に挿入されるコアロッド（図示せず）の外側領域内の屈折率に適合する屈折率を有している、石英ガラスからなっている。この実施形態はペデスタルデザインとも称される。

クラッドポンピングレーザー用のポンピング光クラッドとして非円形の接触面を備えたジャケット管を使用する場合には、管路壁部６内の接触面６，２６の円形形状から逸脱した輪郭は、望まれないヘリックスモードの形成を低減する。それによりポンピング光の効率は向上する。これらの輪郭が円形の内孔部を有する石英ガラス管内に設けられることによって、部品製造のための石英ガラス管として使用することができる。詳細には円形のコアロッドにかぶせるための被覆管として、製造過程が簡略化され、材料損失の危険性が低減される。

図９の断面図に概略的に示されているプリフォームは、非円形の接触面を備えたジャケット管３１を用いて製造されている。このジャケット管３１からは、フッ素ドープされた石英ガラスからなる外側クラッド領域５と、非ドープの石英ガラスからなる内側クラッド領域４が提供される。これらのクラッド領域４および５は、コアロッド３２を取り囲んでいる。このコアロッド３２は、矩形の断面を有する中心コア領域３３とクラッド層３４から合成されている。このクラッド層３４は、断面において円形の輪郭が得られ、その外径が当該ジャケット管３１の内孔部の直径に適合するように、断面が矩形のコア領域３３を取り囲んでいる。前記コア領域３３は、レーザ活性物質がドープされた石英ガラスからなる。前記クラッド領域３４は、非ドープの石英ガラスからなる。

前記プリフォームの製造のために、レーザ活性石英ガラスからなる、矩形断面を有するロッド上に、ＰＯＤ堆積法を用いて非ドープの石英ガラスからなるクラッドガラス層が形成され、このクラッドガラス層が円形に研削される。そのように得られたコアロッド３２には、プリフォーム形成のもとでジャケット管３１がかぶせられる。

このプリフォームからは、矩形ビームプロファイルによって有意なレーザーファイバが線引きされる。

以下では、図１に示されている、非円形の接触面を備えたジャケット管の製造を、詳細に説明する。

まず１０ｍｍの内径と１００ｍｍの外径を有する、非ドープの石英ガラスからなる肉厚の中空シリンダが準備される。研削により外側クラッド外面は、八角形を有する。機械処理した後では、石英ガラス表面がフッ酸でエッチングされ、研削屑の除去のためにエタノールで洗浄される。続いて、処理された表面が、熱研磨によりガラス化され、封止される。

そのようにして得られた八角形の断面を有する石英ガラスシリンダは、プラズマ外部蒸着法（ＰＯＤ法）を用いて、フッ素ドープされた石英ガラスからなる外側クラッド層を備える。

その場合に堆積された石英ガラス層の外側輪郭は、実質的に八角形の石英ガラスシリンダを受け入れる。円形の幾何学的管路形状を達成するために、外側クラッドガラス層は、円形に研削され、それに続いて、研削屑の除去のためにフッ酸によって洗浄され、研削された表面が封止のために熱研磨される。

そのようにして得られた石英ガラス管の内壁は、表面の洗浄のために、ＳＦ₆を使用した高温エッチング処理を施される。

そのようにして得られた母材管は、延伸比３０での線引き過程において、工具なしで２０ｍｍの外径まで線引きされる。この線引き過程の間に、母材管ないしは線引きされた管ストランドが窒素で洗浄される。その際内側表面の品質がさらに向上し、複数の構造化されたジャケット管が装入材料から製造される。これは製造コストを低減させる。

研削過程の後では、母材管は、正確な多角形の幾何学形状を有する。エッチングの際と特に線引きとによって、前記多角形の角の一部が丸みを帯びる可能性もある。その上さらに、母材管の石英ガラスは、線引きの際には軟化する。そのため多角形の真っ直ぐな平面が変形し、線引き条件に応じて、完成後の石英ガラス管は、内方若しくは外方に向けて湾曲し得る。

この手法の変化例においては、出発材料として管路の代わりに、非ドープの石英ガラスからなる完全な円筒管が使用される。研削とＰＯＤ処理の後で、コア穿孔によって中央の内孔部が完全な円筒形に形成される。この変化例では、コア孔部と中心軸の特に正確な芯合わせが実現可能となる。

プリフォームの製造過程を一方ではジャケット管の製造に細分化し、他方ではコアロッドの製造に細分化することによって、これらの構成要素が、プリフォームのための最後のステップ（かぶせ合わせステップ）において初めて一緒にされる。これにより、コアロッドが関与する工程数が低減され、コアロッドが破壊されるリスクが低減される。このことは、コアロッドが関与するプリフォームの製造のための方法ステップを特に二重枠線で示した図１０と図１１のフローチャートの比較によっても明らかである。この場合図１０のフローチャートには、冒頭に述べたような従来技術による方法のもとで必要になる方法ステップが示されている。それに対して図１１のフローチャートには、本発明による方法のもとで必要になる唯一の方法ステップ、すなわちコアロッドへのかぶせ合わせステップが二重枠線で示されている。

それに対して代替的に、本発明による石英ガラス管とコアロッドの収容ないしかぶせ合わせは、ジャケット管とコアロッドの集合体を加熱ゾーンに供給し、そこで領域毎に軟化させることで融合させ、直接ファイバに線引きすることで、ファイバ線引き過程において行うことも可能である。

非円形の接触面を有するジャケット管の使用は、特にコアロッドが非常に高価な場合に推奨され、あるいは、機械的若しくは熱的にもろく、紫外線に特に敏感なコアロッドの場合に推奨される。唯一の線引き過程における大きく構造化されたジャケット管装入体の製造によって、単位当たりのコストを削減することが可能になる。その他にも一貫した品質の複数のプリフォームの製造も容易になる。なぜなら、唯一の製造ステップのもとでは、出現し得るプロセス変動が無視できるからである。その上さらに、複数の異なるコア材料を有する大きなジャケット管が装填され、このようにすることで簡単に検査と評価ができるようになる。このことは、新たなコア材料の開発の際の時間とコストの節約に役立つ。

Claims (13)

1. コアロッドを収容するための、管路中心軸（１７）に沿って延在する内孔部と、
   内側クラッド内面（１）と外側クラッド外面（２）とによって画定される管路壁部（３）とを有し、
   前記管路壁部（３）内では、第１の石英ガラスからなる内側領域（４）と、該内側領域（４）を取り囲む第２の石英ガラスからなる外側領域（５）とが、前記中心軸線（１７）の周りに延在する接触面（６）において互いに接しており、
   前記第１の石英ガラスの屈折率と前記第２の石英ガラスの屈折率が異なっている、光学部品のための半完成品としての石英ガラス管において、
   前記接触面（６）が、半径方向断面において非円形の延在形状を示し、
   前記内側クラッド内面（１）は、円形の延在形状を示すように構成されていることを特徴とする、石英ガラス管。
2. 前記接触面（６）は、半径方向断面において、少なくとも１つの角を有している、請求項１記載の石英ガラス管。
3. 前記接触面（６）は、半径方向断面において、多角形の延在形状を示している、請求項１又は２記載の石英ガラス管。
4. 前記接触面（６）は、半径方向断面において、直線状の長手区間（１１）と湾曲状の長手区間（１０）を交互に有するか又は左に湾曲した長手区間と右に湾曲した長手区間とを交互に有する延在形状を示している、請求項１又は２記載の石英ガラス管。
5. 前記内側領域（４）と前記外側領域（５）との間の前記接触面（６）が第１の接触面であり、前記第１の接触面は、前記管路壁部（３）内で第２の接触面（２６）によって取り囲まれており、前記第２の接触面（２６）も異なる屈折率を有する石英ガラスからなる領域（１４；１５）を画定し、半径方向断面において非円形の延在形状を有している、請求項１から４いずれか１項記載の石英ガラス管。
6. 前記外側クラッド外面（２）は、円形の延在形状を示している、請求項１から５いずれか１項記載の石英ガラス管。
7. 前記内孔部（７）は、前記中心軸（１７）に対して同軸状に延在している、請求項１から６いずれか１項記載の石英ガラス管。
8. 前記外側領域（５）の石英ガラスにフッ素がドープされている、請求項１から７いずれか１項記載の石英ガラス。
9. 前記内側領域（４）は、非ドープの石英ガラスからなる、請求項１から８いずれか１項記載の石英ガラス。
10. 前記管路壁部（３）は、前記内孔部（７）と前記内側領域（４）との間を延在し、かつ、非ドープの石英ガラスよりも大きな屈折率を有する石英ガラスからなっている、内側層（１８）を有している、請求項１から９いずれか１項記載の石英ガラス管。
11. 請求項１から１０いずれか１項記載の石英ガラス管を製造するための方法において、
    母材管を石英ガラスから形成し、
    前記母材管は管路壁部を有し、該管路壁部内では、半径方向で取り囲む断面が非円形の接触面において、第１の石英ガラスからなる内側領域と、該内側領域を取り囲む第２の石英ガラスからなる外側領域とが互いに接し、
    前記第１の石英ガラスの屈折率と前記第２の石英ガラスの屈折率とが異なっており、
    前記母材管は、工具なしで、石英ガラス管ストランドに線引きされ、そこから部分部材にカットされることを特徴とする方法。
12. 前記線引き過程において、３から１００の範囲の延伸比、好ましくは４０未満の延伸比が設定される、請求項１１記載の方法。
13. 前記母材管の内孔部は、前記線引き過程の際に洗浄ガスによって洗浄される、請求項１１又は１２記載の方法。

Images