JP2690106B2 - 光ファイバの製作法 - Google Patents
光ファイバの製作法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明はシリカを基礎とした光ファイバの製作法に係
る。
る。
本発明の分野 近年光ファイバ技術は今日の光ファイバが新しい音
声、画像又はデータ都市間通信網用の好ましい媒体であ
るように、進歩を示した。他方光ファイバは電話網の加
入者ループ中に本質的に入り込むまでにはまだなってい
ない。光ファイバを局所的ループ中でより広く利用でき
るようにするためには、ファイバ価格を下ることが本質
的であると一般に考えられている。
声、画像又はデータ都市間通信網用の好ましい媒体であ
るように、進歩を示した。他方光ファイバは電話網の加
入者ループ中に本質的に入り込むまでにはまだなってい
ない。光ファイバを局所的ループ中でより広く利用でき
るようにするためには、ファイバ価格を下ることが本質
的であると一般に考えられている。
周知のように、今日通信用に用いられている光ファイ
バは、ほとんど例外なくシリかを基礎としたファイバ
で、その場合ファイバの光学的に活性な部分は、適当な
プリカーサガスの反応を含む気相堆積（たとえば、MCV
D、VAD、PCVD又はOVPOによる）により形成される材料か
ら成る。そのような材料はここでは“堆積された”材料
とよぶことにする。ファイバの光学的に活性な部分は、
ここではファイバの動作波長において誘導される光エネ
ルギーの、本質的に全部すなわち典型的な場合99％ある
いは99.9％以上を含む光ファイバの部分である。ファイ
バの光学的に活性な部分は、相対的に屈折率の高い中心
部分（コア）を含み、コアは相対的に屈折率の低い領域
すなわち堆積させたクラッドにより、接触して囲まれて
いる。
バは、ほとんど例外なくシリかを基礎としたファイバ
で、その場合ファイバの光学的に活性な部分は、適当な
プリカーサガスの反応を含む気相堆積（たとえば、MCV
D、VAD、PCVD又はOVPOによる）により形成される材料か
ら成る。そのような材料はここでは“堆積された”材料
とよぶことにする。ファイバの光学的に活性な部分は、
ここではファイバの動作波長において誘導される光エネ
ルギーの、本質的に全部すなわち典型的な場合99％ある
いは99.9％以上を含む光ファイバの部分である。ファイ
バの光学的に活性な部分は、相対的に屈折率の高い中心
部分（コア）を含み、コアは相対的に屈折率の低い領域
すなわち堆積させたクラッドにより、接触して囲まれて
いる。
ファイバの光学的には活性な領域のガラスは、一般に
低光損失でなければならない。従来気相堆積のプロセス
とよばれてきたすべてが、きわめて高純度のガラスを生
成できるが、ガラスの形成速度は典型的な場合低く、従
って得られるガラスの価格は相対的に高い。光ファイバ
の光学的に活性な部分には、典型的な場合全ファイバ断
面積のほんのわずかの部分である。なぜならば、光ファ
イバはしばしば堆積させたクラッドより純度の低いオー
バクラッド又はジャケットから成るからである。そのよ
うなジャケット材料は典型的な場合、（MCVD又はPCVDに
おける）基板管又は（VAD又はOVPOにおける）オーバー
クラッド管から引かれる。
低光損失でなければならない。従来気相堆積のプロセス
とよばれてきたすべてが、きわめて高純度のガラスを生
成できるが、ガラスの形成速度は典型的な場合低く、従
って得られるガラスの価格は相対的に高い。光ファイバ
の光学的に活性な部分には、典型的な場合全ファイバ断
面積のほんのわずかの部分である。なぜならば、光ファ
イバはしばしば堆積させたクラッドより純度の低いオー
バクラッド又はジャケットから成るからである。そのよ
うなジャケット材料は典型的な場合、（MCVD又はPCVDに
おける）基板管又は（VAD又はOVPOにおける）オーバー
クラッド管から引かれる。
基板又はオーバークラッド管として用いられる管は一
般に溶融石英である。たとえばそのような管の材料は10
0db/km又はそれ以上の範囲の光損失を有するが、一方堆
積させた材料の損失は0.2−1db/kmと低い。現在得られ
る基板及びオーバークラッド材料が比較的高損失である
ため、相対的に厚い堆積層を生成することが、一般的に
必要である。これは一般的に比D/dで表わされる。ここ
でＤはファイバの堆積されたクラッド領域の外径で、ｄ
はファイバの（実効）コア径である。たとえば、オーバ
ークラッド材料により加れる損失が0.01db/kmに制限さ
れるなら、もしその材料がそれぞれ100db/km又は1db/km
の損失をもつとしたとき、ファイバ中の全光パワーの10
-4又は10-2のみが、オーバークラッド材料中に延びる。
そのほかが全部等しいとすると、前者の場合後者より本
質的に大きなD/dを必要とする。従って、一般的に、相
対的に低損失のオーバークラッド材料、たとえばシリカ
管を実現できることが有利である。しかし、市販用とし
て有用であるためには、そのようなシリカは低価格で生
成されなければならない。第３図は一例のステッププロ
フィル・シングルモードファイバに対して、D/dのある
範囲において、（規格化された）波長λCO/λの関数と
して、オーバークラッド中のパワーの割合を示す。
般に溶融石英である。たとえばそのような管の材料は10
0db/km又はそれ以上の範囲の光損失を有するが、一方堆
積させた材料の損失は0.2−1db/kmと低い。現在得られ
る基板及びオーバークラッド材料が比較的高損失である
ため、相対的に厚い堆積層を生成することが、一般的に
必要である。これは一般的に比D/dで表わされる。ここ
でＤはファイバの堆積されたクラッド領域の外径で、ｄ
はファイバの（実効）コア径である。たとえば、オーバ
ークラッド材料により加れる損失が0.01db/kmに制限さ
れるなら、もしその材料がそれぞれ100db/km又は1db/km
の損失をもつとしたとき、ファイバ中の全光パワーの10
-4又は10-2のみが、オーバークラッド材料中に延びる。
そのほかが全部等しいとすると、前者の場合後者より本
質的に大きなD/dを必要とする。従って、一般的に、相
対的に低損失のオーバークラッド材料、たとえばシリカ
管を実現できることが有利である。しかし、市販用とし
て有用であるためには、そのようなシリカは低価格で生
成されなければならない。第３図は一例のステッププロ
フィル・シングルモードファイバに対して、D/dのある
範囲において、（規格化された）波長λCO/λの関数と
して、オーバークラッド中のパワーの割合を示す。
従来技術は比較的高価でなくシリカを基礎としたガラ
ス管（及び他の基体）を生成できる可能性のあるいくつ
かのプロセスを知っている。それらの中にはいわゆるゾ
ル−ゲル法がある。（たとえば米国特許第4,419,115号
及び米国特許第4,605,428号を参照のこと）ゾル−ゲル
プロセス及びここで適した他のガラス作成ロセスにおけ
る中間生成物は、適当な熱処理により本質的に空孔のな
いガラス基体に変更できる。
ス管（及び他の基体）を生成できる可能性のあるいくつ
かのプロセスを知っている。それらの中にはいわゆるゾ
ル−ゲル法がある。（たとえば米国特許第4,419,115号
及び米国特許第4,605,428号を参照のこと）ゾル−ゲル
プロセス及びここで適した他のガラス作成ロセスにおけ
る中間生成物は、適当な熱処理により本質的に空孔のな
いガラス基体に変更できる。
多孔質の管基体から生成したガラス管は通常の方式で
はオーバークラッド管として使用できる。このことはた
とえば約2000℃以上といった管の“軟化”温度又はそれ
以上で、ガラスロッド上に管をつぶすことを必要とす
る。（プリフォーム製作プロセスは“ロッド−イン−チ
ューブ”プロセスとよぶことによるガラスロッドへ管を
つぶすことを含む）この高温で管をつぶすためのエネル
ギーが大きく従って高価であるばかりでなく、得られる
ファイバ中の信号損失を大きくする。たとえば、ある種
の点欠陥が高温プロセス中、ドープされたシリカ中に生
成しうると信じられている。これらの点欠陥は信号損失
を増し、従ってそれらがファイバの光学的に活性な領域
中に導入されるとは好ましくない。更に、ガラスロッド
上にガラス管を縮めることを含むロッド−イン−チュー
ブプロセスにおいて、プリフォーム内のコアを光ファイ
バ生成に必要な程度に同心状に保つことは、しばしば困
難である。
はオーバークラッド管として使用できる。このことはた
とえば約2000℃以上といった管の“軟化”温度又はそれ
以上で、ガラスロッド上に管をつぶすことを必要とす
る。（プリフォーム製作プロセスは“ロッド−イン−チ
ューブ”プロセスとよぶことによるガラスロッドへ管を
つぶすことを含む）この高温で管をつぶすためのエネル
ギーが大きく従って高価であるばかりでなく、得られる
ファイバ中の信号損失を大きくする。たとえば、ある種
の点欠陥が高温プロセス中、ドープされたシリカ中に生
成しうると信じられている。これらの点欠陥は信号損失
を増し、従ってそれらがファイバの光学的に活性な領域
中に導入されるとは好ましくない。更に、ガラスロッド
上にガラス管を縮めることを含むロッド−イン−チュー
ブプロセスにおいて、プリフォーム内のコアを光ファイ
バ生成に必要な程度に同心状に保つことは、しばしば困
難である。
上述の点から、ガラスの軟化温度又はそれ以上の温度
において、ロッド上にオーバークラッド管をつぶすこと
を含まず特に従来技術の方法の同心状が乱れる問題を本
質的に除く“ロッド−イン−チューブ”法により光ファ
イバプリフォームを生成する方法が、非常に望ましいこ
とは明らかであろう。本明細書はそのような方法を明ら
かにする。本発明の方法はまた、低いD/dと低損失ない
し中程度の損失（たとえば0.15−5db/km、好しくは1db/
km以下）を有するような比較的低損失シリカオーバーク
ラッド材料を低価格で生成する可能性ももたらす。
において、ロッド上にオーバークラッド管をつぶすこと
を含まず特に従来技術の方法の同心状が乱れる問題を本
質的に除く“ロッド−イン−チューブ”法により光ファ
イバプリフォームを生成する方法が、非常に望ましいこ
とは明らかであろう。本明細書はそのような方法を明ら
かにする。本発明の方法はまた、低いD/dと低損失ない
し中程度の損失（たとえば0.15−5db/km、好しくは1db/
km以下）を有するような比較的低損失シリカオーバーク
ラッド材料を低価格で生成する可能性ももたらす。
用語及び定義 ここでのシリカを基礎とする基体の“軟化”温度とい
うのは、直径0.5ないし1.0mm、長さ22.9cmの均一な同じ
組成のグラスファイバが、その長さの上部10cmが用意さ
れた炉中で加熱された時、１分当り1mmの速度でそれ自
身の重さにより、長くなる温度である。2.5程度の密度
のガラスの場合、この温度は107.6ポアズの粘性に対応
する。この定義はイー．ビー．シャンド（E.B.Shan
d）、ガラス技術ハンドブック（Glass Engineering Han
dbook）、マグローヒル（1958）470頁で示された軟化点
の定義と同一である。
うのは、直径0.5ないし1.0mm、長さ22.9cmの均一な同じ
組成のグラスファイバが、その長さの上部10cmが用意さ
れた炉中で加熱された時、１分当り1mmの速度でそれ自
身の重さにより、長くなる温度である。2.5程度の密度
のガラスの場合、この温度は107.6ポアズの粘性に対応
する。この定義はイー．ビー．シャンド（E.B.Shan
d）、ガラス技術ハンドブック（Glass Engineering Han
dbook）、マグローヒル（1958）470頁で示された軟化点
の定義と同一である。
本発明の要約 広義には、本発明はシリカを基礎とした（典型的な場
合、重量にしてSiO2が＞80％）であるガラスロッド及び
シリカを基礎とした多孔質の管状基体を生成し、ロッド
を管状基体中に挿入し、一体となって本質的に空孔のな
いガラス基体（プリフォーム）が生じるように、材料の
軟化温度以下の温度（又は複数の温度）に加熱し、かつ
プリフォームからファイバを引張ることを含む光ファイ
バの製作法である。
合、重量にしてSiO2が＞80％）であるガラスロッド及び
シリカを基礎とした多孔質の管状基体を生成し、ロッド
を管状基体中に挿入し、一体となって本質的に空孔のな
いガラス基体（プリフォーム）が生じるように、材料の
軟化温度以下の温度（又は複数の温度）に加熱し、かつ
プリフォームからファイバを引張ることを含む光ファイ
バの製作法である。
ガラスロッド（しばしば“コアロッド”とよばれる）
は典型的な場合気相堆積プロセスを用いて形成され、相
対的に屈折率の高中心領域を含み、それは相対的に屈折
率の低い領域により、密接して囲まれる。多孔質の管状
基体（ここではしばしば“オーバークラッド”又は“ジ
ャケット”管とよばれる）は、典型的な場合材料の理論
的密度の10−80％の範囲の密度を有する。材料の“理論
的な”密度というのは、十分に固化した材料の密度に本
質的に対応する。多孔質の管を生成するための可能なプ
ロセスは、マンドレル上への高速スート堆積、多孔質の
ガラス管（VYCORガラスと同様のもの）を生じるよう多
相ガラス管に到達させること又はシルカパウダーを圧縮
させること（アール・ドーン（R.Dorn）ら、プロシーデ
ィング・オブ・アイオーオーシー．イーシーオーシー
（Proceedings of IOOC−ECOC）1985、69−72頁）を含
み。多孔質の管状基体は（フッ素）ドープするか、又は
無添加でよく、半径方向に一定でもあるいは一定でない
屈折率を有することもできる。
は典型的な場合気相堆積プロセスを用いて形成され、相
対的に屈折率の高中心領域を含み、それは相対的に屈折
率の低い領域により、密接して囲まれる。多孔質の管状
基体（ここではしばしば“オーバークラッド”又は“ジ
ャケット”管とよばれる）は、典型的な場合材料の理論
的密度の10−80％の範囲の密度を有する。材料の“理論
的な”密度というのは、十分に固化した材料の密度に本
質的に対応する。多孔質の管を生成するための可能なプ
ロセスは、マンドレル上への高速スート堆積、多孔質の
ガラス管（VYCORガラスと同様のもの）を生じるよう多
相ガラス管に到達させること又はシルカパウダーを圧縮
させること（アール・ドーン（R.Dorn）ら、プロシーデ
ィング・オブ・アイオーオーシー．イーシーオーシー
（Proceedings of IOOC−ECOC）1985、69−72頁）を含
み。多孔質の管状基体は（フッ素）ドープするか、又は
無添加でよく、半径方向に一定でもあるいは一定でない
屈折率を有することもできる。
多孔質の管は管を損なうことなく、乾燥させ、固化さ
せ、管をロッドにシンタできる機械的特性を持たなけれ
ばならない。特に第四水酸化アンモニウムと比較的大き
なシリカ粒子（表面積が５−100m2/g、好ましくは約20m
2/g以上）を用いるゾル／ゲルプロセスは、本発明を実
施するのに用いると有利である。多孔質を生成するのに
使用できることを見出した。他のゾル−ゲルプロセスに
おいては、他の粒子サイズがより有利であることを見出
している。粒子サイズはしばしばゾル−ゲルプロセスに
より生成される多孔質管の機械的特性に影響を与える唯
一のプロセス変数ではない。たとえば、ゾルの生成は典
型的な場合11−14の範囲のpHを有するゾルが選ばれ、続
いてpHを４−11（好ましくは８−10）に下る化合物（又
は複数の化合物）を導入する。たとえば、ゾルは第四水
酸化アンモニウム（たとえば、メチル、エチル、又はブ
チル水酸化アンモニウムのようなアルキル水酸化アンモ
ニウム）又は他の適当な基本材を含み、pHはメチル、エ
チル又はブチルホルマート又は他の適当なエステルを加
えることにより下げられる。
せ、管をロッドにシンタできる機械的特性を持たなけれ
ばならない。特に第四水酸化アンモニウムと比較的大き
なシリカ粒子（表面積が５−100m2/g、好ましくは約20m
2/g以上）を用いるゾル／ゲルプロセスは、本発明を実
施するのに用いると有利である。多孔質を生成するのに
使用できることを見出した。他のゾル−ゲルプロセスに
おいては、他の粒子サイズがより有利であることを見出
している。粒子サイズはしばしばゾル−ゲルプロセスに
より生成される多孔質管の機械的特性に影響を与える唯
一のプロセス変数ではない。たとえば、ゾルの生成は典
型的な場合11−14の範囲のpHを有するゾルが選ばれ、続
いてpHを４−11（好ましくは８−10）に下る化合物（又
は複数の化合物）を導入する。たとえば、ゾルは第四水
酸化アンモニウム（たとえば、メチル、エチル、又はブ
チル水酸化アンモニウムのようなアルキル水酸化アンモ
ニウム）又は他の適当な基本材を含み、pHはメチル、エ
チル又はブチルホルマート又は他の適当なエステルを加
えることにより下げられる。
また、ロッド−チューブ組合せの熱処理条件を、材料
の固化及びロッド上への管のシンタが組合せに沿って徐
々に起るように調整するとしばしば有利であることも見
出した。このことはたとえば、もし多孔質管の固化がコ
アロッドの外径よりわずかに（たとえばせいぜい約10
％）小さい孔を生じるなら好ましい。そうでなければ、
管の材料の粘性が管材料が流れうる値まで減少する前
に、収縮させることによって、管をロッドに接触させる
ことができる。
の固化及びロッド上への管のシンタが組合せに沿って徐
々に起るように調整するとしばしば有利であることも見
出した。このことはたとえば、もし多孔質管の固化がコ
アロッドの外径よりわずかに（たとえばせいぜい約10
％）小さい孔を生じるなら好ましい。そうでなければ、
管の材料の粘性が管材料が流れうる値まで減少する前
に、収縮させることによって、管をロッドに接触させる
ことができる。
少くともある種の場合には、コアロッドの直径及び多
孔質管の内径（及び密度のような可能な他の特性）は、
管全体（あるいは与えられた軸方向の一部分）の固化
が、管（又は管の一部）の内径がコアロッドの直径まで
減少するのと本質的に同じ時間で完了し、それによって
過度の歪を経験することなく、ロッド上にしっかりシン
タされるよう選択されると有利である。上の両方の実施
例で、管のロッドへのシンタ中管上の応力が減少する傾
向にある。
孔質管の内径（及び密度のような可能な他の特性）は、
管全体（あるいは与えられた軸方向の一部分）の固化
が、管（又は管の一部）の内径がコアロッドの直径まで
減少するのと本質的に同じ時間で完了し、それによって
過度の歪を経験することなく、ロッド上にしっかりシン
タされるよう選択されると有利である。上の両方の実施
例で、管のロッドへのシンタ中管上の応力が減少する傾
向にある。
当業者には認識されるであろうが、多孔質のシリカを
基礎とした基本の固化温度は、基体の組成に強く依存す
るだけでなく、多孔質シリカの表面積にも依存する。た
とえば、非常に小さい粒子サイズのコロイド状シリカ
（表面積800m2/g）を用いて生成させた多孔質シリカは1
100℃で固化するが、5m2/gのコロイド状シリカから生成
させた多孔質シリカは、固化に1550℃を必要とする。従
って、加熱速度、管／ロッドの直径の組合せ及び固化温
度のようなプロセス条件に適切に決るには、最低の実験
は必要である。
基礎とした基本の固化温度は、基体の組成に強く依存す
るだけでなく、多孔質シリカの表面積にも依存する。た
とえば、非常に小さい粒子サイズのコロイド状シリカ
（表面積800m2/g）を用いて生成させた多孔質シリカは1
100℃で固化するが、5m2/gのコロイド状シリカから生成
させた多孔質シリカは、固化に1550℃を必要とする。従
って、加熱速度、管／ロッドの直径の組合せ及び固化温
度のようなプロセス条件に適切に決るには、最低の実験
は必要である。
本発明に従って生成される光ファイバプリフォーム
は、コアロッドから引かれた中心部分（“コア”及び何
らかのクラッドを含む）と、多孔質の管状基体から引か
れた周辺部分をもつ。プリフォーム形成が完了した後、
光ファイバが通常の方式でプリフォームから引かれる。
コアロッドの高屈折率により（実効直径ｄの）ファイバ
のコアが生じ、コアロッドの低屈折率領域により（外径
Ｄの）ファイバの内部クラッドが生じ、オーバークラッ
ド管によりファイバのジャケットが生じ、それは内部ク
ラッドを密接して囲み、典型的な場合ファイバの境界ま
で延びる。典型的な場合、ジャケット材料はファイバの
全断面積の本質的な部分（典型的な場合＞50又は95％あ
るいはそれ以上）を成す。上述のファイバは典型的な場
合、１ないし複数の保護ポリマ層で被覆される。
は、コアロッドから引かれた中心部分（“コア”及び何
らかのクラッドを含む）と、多孔質の管状基体から引か
れた周辺部分をもつ。プリフォーム形成が完了した後、
光ファイバが通常の方式でプリフォームから引かれる。
コアロッドの高屈折率により（実効直径ｄの）ファイバ
のコアが生じ、コアロッドの低屈折率領域により（外径
Ｄの）ファイバの内部クラッドが生じ、オーバークラッ
ド管によりファイバのジャケットが生じ、それは内部ク
ラッドを密接して囲み、典型的な場合ファイバの境界ま
で延びる。典型的な場合、ジャケット材料はファイバの
全断面積の本質的な部分（典型的な場合＞50又は95％あ
るいはそれ以上）を成す。上述のファイバは典型的な場
合、１ないし複数の保護ポリマ層で被覆される。
本発明の方法はガラスロッド上にガラス管を収縮させ
ることを含む従来技術のロッド−イン−チューブプロセ
スに対し、いくつかの利点をもつ。たとえば、コアロッ
ド上にシリカガラス管を収縮させることは、多孔質シリ
カ管の固化より本質的に高い温度（典型的な場合2000℃
以上）及びコアヘのシンタ（典型的な場合1600℃以下）
を必要とする。従来技術のプロセスにおいて、ガラスオ
ーバークラッド管は、管のロッドへの溶融中表面張力の
高価によりしばしば歪み、ファイバの表面に対しコアの
同心性を下ることになる。本発明のプロセスは本質的に
より低温で行われ、本質的にそのような歪の効果がな
い。多孔質管の固化の少くとも一部をCl2又はフッ素を
含む物質（本質的に酸素を含まないと好ましい）を含む
雰囲気中で行うことにより、管材料から不純物（たとえ
ば水酸基類、アルカリ、アルカリ希土類、遷移金属）が
除かれ、比較的低損失のジャケット材料が生じる。この
ことにより比較的低いD/d（好ましくは約６以下）が可
能になり、それに伴い価格も下げられる可能性があり、
多孔質管の生成に比較的純度の低い（従って価格が低
い）原料を用いることすら可能になる。更に、低温プロ
セスによりオーバークラッド材料から好ましくないイオ
ンがコアロッド中に拡散するのが最小になり、好ましく
ない欠陥の形成が防止される。
ることを含む従来技術のロッド−イン−チューブプロセ
スに対し、いくつかの利点をもつ。たとえば、コアロッ
ド上にシリカガラス管を収縮させることは、多孔質シリ
カ管の固化より本質的に高い温度（典型的な場合2000℃
以上）及びコアヘのシンタ（典型的な場合1600℃以下）
を必要とする。従来技術のプロセスにおいて、ガラスオ
ーバークラッド管は、管のロッドへの溶融中表面張力の
高価によりしばしば歪み、ファイバの表面に対しコアの
同心性を下ることになる。本発明のプロセスは本質的に
より低温で行われ、本質的にそのような歪の効果がな
い。多孔質管の固化の少くとも一部をCl2又はフッ素を
含む物質（本質的に酸素を含まないと好ましい）を含む
雰囲気中で行うことにより、管材料から不純物（たとえ
ば水酸基類、アルカリ、アルカリ希土類、遷移金属）が
除かれ、比較的低損失のジャケット材料が生じる。この
ことにより比較的低いD/d（好ましくは約６以下）が可
能になり、それに伴い価格も下げられる可能性があり、
多孔質管の生成に比較的純度の低い（従って価格が低
い）原料を用いることすら可能になる。更に、低温プロ
セスによりオーバークラッド材料から好ましくないイオ
ンがコアロッド中に拡散するのが最小になり、好ましく
ない欠陥の形成が防止される。
いくつかの好ましい実施例の詳細な記述 第１図は本発明のプロセスの主要な工程を示すフロー
チャートである。これらの工程の中で、多孔質のシリカ
を基礎とした管とシリカを基礎としたコアロッドが生成
される。
チャートである。これらの工程の中で、多孔質のシリカ
を基礎とした管とシリカを基礎としたコアロッドが生成
される。
コアロッドは所望の半径方向に変化する屈折率分布を
有する低損失ロッドを生成できる任意の適当なガラス形
成プロセスにより作ることができる。ロッドのコア領域
の実効屈折率ncは典型的な場合、ガラス状シリカの屈折
率n0より大きいか等しいが、原理的にはn0より小さくす
ることができる。ロッド内部クラッド領域の屈折率n1は
典型的な場合n0に等しいか小さいが、原理的にはn0より
大きくすることもできる。しかし、すべての場合、nc＞
n1である。コアロッドの例の屈折率分布が第２図に示さ
れており、ここでΔｎ＝ｎ−n0である。ｎは屈折率であ
る。
有する低損失ロッドを生成できる任意の適当なガラス形
成プロセスにより作ることができる。ロッドのコア領域
の実効屈折率ncは典型的な場合、ガラス状シリカの屈折
率n0より大きいか等しいが、原理的にはn0より小さくす
ることができる。ロッド内部クラッド領域の屈折率n1は
典型的な場合n0に等しいか小さいが、原理的にはn0より
大きくすることもできる。しかし、すべての場合、nc＞
n1である。コアロッドの例の屈折率分布が第２図に示さ
れており、ここでΔｎ＝ｎ−n0である。ｎは屈折率であ
る。
ロッドの中心領域の屈折率だけでなく、コアを囲む領
域のそれも、半径の関数として一定である必要はなく、
従ってたとえば内部領域の屈折率は、ファイバが所望の
伝送特性をもつように傾斜（たとえば“三角形状”に）
させる。更に、コアロッドを作るために用いられるプロ
セスにより生じる屈折率変動（たとえば中心のくぼみ）
が存在することもある。典型的な場合、ロッドの外径は
コア領域の実効直径の少くとも２倍（D/d２）で、現
在３ないし４倍が好ましい。一例としてのコアロッドの
屈折率分布が第２図に示されている。原理的にはコア材
料のみから成るガラスロッドを用いることも可能であ
る。しかし、典型的な場合、これにより比較的高い損失
をもつファイバが生じ、従って好ましくない、一例とし
てのコアロッドの屈折率分布が第２図に示されている。
域のそれも、半径の関数として一定である必要はなく、
従ってたとえば内部領域の屈折率は、ファイバが所望の
伝送特性をもつように傾斜（たとえば“三角形状”に）
させる。更に、コアロッドを作るために用いられるプロ
セスにより生じる屈折率変動（たとえば中心のくぼみ）
が存在することもある。典型的な場合、ロッドの外径は
コア領域の実効直径の少くとも２倍（D/d２）で、現
在３ないし４倍が好ましい。一例としてのコアロッドの
屈折率分布が第２図に示されている。原理的にはコア材
料のみから成るガラスロッドを用いることも可能であ
る。しかし、典型的な場合、これにより比較的高い損失
をもつファイバが生じ、従って好ましくない、一例とし
てのコアロッドの屈折率分布が第２図に示されている。
コアロッドはVAD、OVPO、MCVD又はPCVDのような任意
の適当なプロセスにより生成させることができ、後者の
２つは内部堆積ガラス（典型的な場合クラッド材料とと
もにコアを含む）が管から引かれたガラスにより囲まれ
る。原理的には、コアロッドは多孔質基体でもよい。し
かし、これは現在好ましくない。オーバークラッド管を
コアにシンタする前に、たとえば適当な溶媒で浄化する
か、燃焼で研磨するかあるいはエッチングするなどし
て、コアロッドの表面を準備することが、しばしば望ま
しい。表面処理は以下で示されるように、本発明のプリ
フォームから引かれたファイバの損失に、ある程度の影
響をもつことがある。
の適当なプロセスにより生成させることができ、後者の
２つは内部堆積ガラス（典型的な場合クラッド材料とと
もにコアを含む）が管から引かれたガラスにより囲まれ
る。原理的には、コアロッドは多孔質基体でもよい。し
かし、これは現在好ましくない。オーバークラッド管を
コアにシンタする前に、たとえば適当な溶媒で浄化する
か、燃焼で研磨するかあるいはエッチングするなどし
て、コアロッドの表面を準備することが、しばしば望ま
しい。表面処理は以下で示されるように、本発明のプリ
フォームから引かれたファイバの損失に、ある程度の影
響をもつことがある。
多孔質管状基体は必要な純度と本質的に空孔のないガ
ラスに固化できる機械的強度をもつ基体を生成できる。
現在好ましいプロセスには、以下で詳細に議論するいく
つかのゾル／ゲルプロセスが含まれる。他の可能なプロ
セスの中には、可動マンドル上にシリカ“スート”を堆
積させるか、多成分ガラスに到達させることによるもの
が含まれる。
ラスに固化できる機械的強度をもつ基体を生成できる。
現在好ましいプロセスには、以下で詳細に議論するいく
つかのゾル／ゲルプロセスが含まれる。他の可能なプロ
セスの中には、可動マンドル上にシリカ“スート”を堆
積させるか、多成分ガラスに到達させることによるもの
が含まれる。
すべてのゾル／ゲルプロセスが本発明を実施する上で
有用な多孔質管を生成するわけではないことを見出し
た。典型的な場合その理由は、乾燥、固化又はガラスロ
ッドへのシンタ中、管が破損することによる。現在好ま
しいゾル／ゲルプロセスは比較的大きなシリカ粒子（名
目の表面積は５−100m2/g）を用いる。
有用な多孔質管を生成するわけではないことを見出し
た。典型的な場合その理由は、乾燥、固化又はガラスロ
ッドへのシンタ中、管が破損することによる。現在好ま
しいゾル／ゲルプロセスは比較的大きなシリカ粒子（名
目の表面積は５−100m2/g）を用いる。
本発明を実施するのに有用な粒子は、溶融シリカであ
るかもしれないが、ゾル／ゲルプロセス又はアルカリ・
アルコキシド溶液からの析出により生成されたスート基
体又は複数の基体の粉砕のような他のプロセスによって
も生成させることができる。粒子は典型的な場合、たと
えば水及び水酸化テトラメチルアンモニウムのようなア
ルカリ水溶液（約11−14の範囲のpH）中に分散させる。
必要に応じて得られたゾルは粉末にするか、均一性を増
すため他の方法で処理される。次にゾルは典型的な場
合、適当な鋳型に鋳造され、ゲル化を可能にする。本質
的に好ましい実施例において、ゾルのpHは約４−11の範
囲、好ましくは８−10内の値に徐々に変えられる。たと
えばこれはゾルにメチル又はエチルホルマートを添加す
ることにより行える。ゲル化が起った後、得られた管状
基体は典型的な場合鋳型からとり出され、乾燥させる。
すると、本発明のプロセスで使用できる多孔質の管が得
られる。しかし、本発明を実施するのに使用できる多孔
質の管はゾルのpHを減少させることを含まないゾル／ゲ
ルプロセスによっても生成できる。たとえば、そのよう
な管は適当な大きさのコロイド状粒子を水中に分散さ
せ、（典型的な場合数時間ないし数日の後）ゲル化が起
るまで、適当な鋳型中にゾルを保つことにより生成でき
る。
るかもしれないが、ゾル／ゲルプロセス又はアルカリ・
アルコキシド溶液からの析出により生成されたスート基
体又は複数の基体の粉砕のような他のプロセスによって
も生成させることができる。粒子は典型的な場合、たと
えば水及び水酸化テトラメチルアンモニウムのようなア
ルカリ水溶液（約11−14の範囲のpH）中に分散させる。
必要に応じて得られたゾルは粉末にするか、均一性を増
すため他の方法で処理される。次にゾルは典型的な場
合、適当な鋳型に鋳造され、ゲル化を可能にする。本質
的に好ましい実施例において、ゾルのpHは約４−11の範
囲、好ましくは８−10内の値に徐々に変えられる。たと
えばこれはゾルにメチル又はエチルホルマートを添加す
ることにより行える。ゲル化が起った後、得られた管状
基体は典型的な場合鋳型からとり出され、乾燥させる。
すると、本発明のプロセスで使用できる多孔質の管が得
られる。しかし、本発明を実施するのに使用できる多孔
質の管はゾルのpHを減少させることを含まないゾル／ゲ
ルプロセスによっても生成できる。たとえば、そのよう
な管は適当な大きさのコロイド状粒子を水中に分散さ
せ、（典型的な場合数時間ないし数日の後）ゲル化が起
るまで、適当な鋳型中にゾルを保つことにより生成でき
る。
第５図はコロイド状シリカ−水ゾルの例におけるpHの
ゾルの安定性の関係を、概略的に表わす。十分アルカリ
のゾル中においてはシリカの分散が起り、そのようなゾ
ルのpHを減少させると溶解したシリカが析出し、析出し
たシリカは曲線の負の半径をもつ位置（すなわちシリカ
粒子を接続する“首”を形成する）に選択的に堆積する
と現在信じられている。ここで述べた機構は上で述べた
好ましいゾル／ゲルプロセスにより生成される多孔質基
体の比較的高い機械的強度の原因となる可能性がある。
しかし、他のプロセスにより生じた基体も許容しうる特
性をもつ可能性がある。更に、本発明は上で述べた機構
が正しいか否かには依存しない。
ゾルの安定性の関係を、概略的に表わす。十分アルカリ
のゾル中においてはシリカの分散が起り、そのようなゾ
ルのpHを減少させると溶解したシリカが析出し、析出し
たシリカは曲線の負の半径をもつ位置（すなわちシリカ
粒子を接続する“首”を形成する）に選択的に堆積する
と現在信じられている。ここで述べた機構は上で述べた
好ましいゾル／ゲルプロセスにより生成される多孔質基
体の比較的高い機械的強度の原因となる可能性がある。
しかし、他のプロセスにより生じた基体も許容しうる特
性をもつ可能性がある。更に、本発明は上で述べた機構
が正しいか否かには依存しない。
第６図はゾルのアルカリ度（ゾル中の水酸化テトラメ
チルアンモニウムの濃度で表わした）と一例であるコロ
イド状のシリカ−水ゾルの場合、ゾルから生成された多
孔質シリカ基体の曲げ強度の関係を描く。第７図はゾル
にメチルホルマートを加えた後（300g SiO2＋375g H2O
＋38g 25％水酸化テトラメチルアンモニウムから成る多
くの試料から50gの試料をとった）の時間の関数として
の一例のゾルのpH変化を示す。ホルマートを加える前の
pHは11.54であった。添加の完了に対応するｔ＝０で試
料に0.445g（32滴）のホルマートを加えた。
チルアンモニウムの濃度で表わした）と一例であるコロ
イド状のシリカ−水ゾルの場合、ゾルから生成された多
孔質シリカ基体の曲げ強度の関係を描く。第７図はゾル
にメチルホルマートを加えた後（300g SiO2＋375g H2O
＋38g 25％水酸化テトラメチルアンモニウムから成る多
くの試料から50gの試料をとった）の時間の関数として
の一例のゾルのpH変化を示す。ホルマートを加える前の
pHは11.54であった。添加の完了に対応するｔ＝０で試
料に0.445g（32滴）のホルマートを加えた。
乾燥させた多孔質基体のシンタとともにゲル基体の乾
燥により、ある程度収縮するから、適当な鋳型又はガラ
スロッドの直径を選ぶ必要がある。もし乾燥による収縮
ΔLdが、Lwet及びLdryをそれぞれ乾燥前後のゲル基体の
直線的な寸法とするとき、（Lwet−Ldry）/Lwetと定義
され、Ｄが用いられるガラスロッドの直径とするなら、
湿ったゲル管の孔の径は、D/（１−ΔLd）より大きくな
ければならない。同様に、もし全収縮ΔLtが（Lwet−L
fired）/Lwetで定義されLfiredを乾燥及び固化後の直線
的寸法とするなら湿ったゲル管の孔の直径は、D/（１−
ΔLt）より小さくなければならない。前者の条件により
乾燥した管はコアロッド状に確実にあい、後者の条件に
より多孔質の管はロッドにしっかり収縮するであろう。
ΔLdとΔLtの両方は基体の密度のような材料パラメータ
に依存し、ゲル管の最適寸法を決めるためには典型的な
場合、最小の実験を必要とするだけであろう。
燥により、ある程度収縮するから、適当な鋳型又はガラ
スロッドの直径を選ぶ必要がある。もし乾燥による収縮
ΔLdが、Lwet及びLdryをそれぞれ乾燥前後のゲル基体の
直線的な寸法とするとき、（Lwet−Ldry）/Lwetと定義
され、Ｄが用いられるガラスロッドの直径とするなら、
湿ったゲル管の孔の径は、D/（１−ΔLd）より大きくな
ければならない。同様に、もし全収縮ΔLtが（Lwet−L
fired）/Lwetで定義されLfiredを乾燥及び固化後の直線
的寸法とするなら湿ったゲル管の孔の直径は、D/（１−
ΔLt）より小さくなければならない。前者の条件により
乾燥した管はコアロッド状に確実にあい、後者の条件に
より多孔質の管はロッドにしっかり収縮するであろう。
ΔLdとΔLtの両方は基体の密度のような材料パラメータ
に依存し、ゲル管の最適寸法を決めるためには典型的な
場合、最小の実験を必要とするだけであろう。
基本的に乾燥させた後、ゲル管は典型的な場合、更に
ある時間（たとえば１−24時間）高温（たとえば200−5
00℃）に管を保つことにより、乾燥させる。これは有機
残さが多孔質材料から除かれるように、酸素を含む雰囲
気中で行うのが有利である。次に、管（典型的な場合ガ
ラスロッド中に挿入されている）は中程度の温度（たと
えば800−1200℃の範囲の１ないし複数の温度）に加熱
し、Cl2を含む雰囲気中に露出させる。
ある時間（たとえば１−24時間）高温（たとえば200−5
00℃）に管を保つことにより、乾燥させる。これは有機
残さが多孔質材料から除かれるように、酸素を含む雰囲
気中で行うのが有利である。次に、管（典型的な場合ガ
ラスロッド中に挿入されている）は中程度の温度（たと
えば800−1200℃の範囲の１ないし複数の温度）に加熱
し、Cl2を含む雰囲気中に露出させる。
Cl2を含む雰囲気中に多孔質のシリカ基体を加熱する
ことにより、基体からOHが除かれ、いくつかの遷移金属
に対して純化できることが知られている。また、フッ素
を含む雰囲気中で塩素処理した多孔質基体を加熱するこ
とにより、吸収された塩素がフッ素でおき代り、得られ
るガラス動作温度以上に加熱している間、気泡の形成が
減少することも知られている。米国特許第4,707,174号
を参照のこと。しかし、多孔質のシリカ基体を塩素又は
フッ素の両方又は一方で処理すること（特に本発明に従
う多孔質管を処理すること）により、次に述べるように
更に著しい利点を生じる。
ことにより、基体からOHが除かれ、いくつかの遷移金属
に対して純化できることが知られている。また、フッ素
を含む雰囲気中で塩素処理した多孔質基体を加熱するこ
とにより、吸収された塩素がフッ素でおき代り、得られ
るガラス動作温度以上に加熱している間、気泡の形成が
減少することも知られている。米国特許第4,707,174号
を参照のこと。しかし、多孔質のシリカ基体を塩素又は
フッ素の両方又は一方で処理すること（特に本発明に従
う多孔質管を処理すること）により、次に述べるように
更に著しい利点を生じる。
多孔質シリカ基体から不純物を除去することは、もし
塩素（又はフッ素）を含む雰囲気が本質的にO2を含まな
いなら、本質的に改善されることを見出した。ハロゲン
（塩素又はフッ素）の分圧に対するO2の分圧の比が10-3
以下（好ましくは10-6以下であると有利である。このこ
とは典型的な場合、熱処理を十分密封した容器、たとえ
ば封じたシリカマッフル管中で行うことを必要とする。
特に低い比の値は、ハロゲン及び典型的な場合Heのよう
な不活性希釈剤に加え、雰囲気がCO及びCO2を含むなら
達成される。たとえば、エイ・ムアン（A.Muan）ら、鉄
製作における酸化物中の相平衡、アディソン．ウェスリ
ー（1965）、26頁を参照のこと。
塩素（又はフッ素）を含む雰囲気が本質的にO2を含まな
いなら、本質的に改善されることを見出した。ハロゲン
（塩素又はフッ素）の分圧に対するO2の分圧の比が10-3
以下（好ましくは10-6以下であると有利である。このこ
とは典型的な場合、熱処理を十分密封した容器、たとえ
ば封じたシリカマッフル管中で行うことを必要とする。
特に低い比の値は、ハロゲン及び典型的な場合Heのよう
な不活性希釈剤に加え、雰囲気がCO及びCO2を含むなら
達成される。たとえば、エイ・ムアン（A.Muan）ら、鉄
製作における酸化物中の相平衡、アディソン．ウェスリ
ー（1965）、26頁を参照のこと。
本質的にO2を含まずハロゲンを含む雰囲気中への熱処
理により、遷移金属だけでなく、周期律表のほとんどの
ものを効率よく除くことができる。特にそのように処理
により、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が除ける。
それはまたB.Al.Ga及びInのようなIV族元素及びGe,Sn及
びPbのようなIV族元素も除去できる。一般的に、もし与
られた温度及び分圧比において、塩素の分圧が本質的に
10-4気圧より大きいなら、元素は除去できるであろう。
理により、遷移金属だけでなく、周期律表のほとんどの
ものを効率よく除くことができる。特にそのように処理
により、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が除ける。
それはまたB.Al.Ga及びInのようなIV族元素及びGe,Sn及
びPbのようなIV族元素も除去できる。一般的に、もし与
られた温度及び分圧比において、塩素の分圧が本質的に
10-4気圧より大きいなら、元素は除去できるであろう。
例として、いくつかの鉄を含む（重量で１％のFe
2O3）多孔質シリカ基体を、以下のように処理した。400
℃／時間の速度で800℃に加熱し、800℃に６時間保ち、
150℃／時間で1400℃に加熱、１時間保持した後室温に
冷却した。１つの試料はHe中で処理し、その最初のFeの
量を保った。第２の試料は10％Cl2＋90％He中に800℃で
３時間ひたし、次に10％Cl2＋10％SiF4＋80％He中に３
時間ひたした。これらの雰囲気は5ppm以下のO2を含ん
だ。得られた透明ガラスは約40（±３）ppbのFe含ん
だ。第３の試料は10％Cl2＋90％He（O25ppm以下）中に
おいて800℃で６時間加熱した。結果は第２の試料と本
質的に同じであった。第４の試料は10％Cl2＋10％O2＋8
0％He中において800℃で６時間加熱した。得られたガラ
スは茶色で、高いFe含有量（＞104ppb）を有した。
2O3）多孔質シリカ基体を、以下のように処理した。400
℃／時間の速度で800℃に加熱し、800℃に６時間保ち、
150℃／時間で1400℃に加熱、１時間保持した後室温に
冷却した。１つの試料はHe中で処理し、その最初のFeの
量を保った。第２の試料は10％Cl2＋90％He中に800℃で
３時間ひたし、次に10％Cl2＋10％SiF4＋80％He中に３
時間ひたした。これらの雰囲気は5ppm以下のO2を含ん
だ。得られた透明ガラスは約40（±３）ppbのFe含ん
だ。第３の試料は10％Cl2＋90％He（O25ppm以下）中に
おいて800℃で６時間加熱した。結果は第２の試料と本
質的に同じであった。第４の試料は10％Cl2＋10％O2＋8
0％He中において800℃で６時間加熱した。得られたガラ
スは茶色で、高いFe含有量（＞104ppb）を有した。
更に一例として、鉄酸化物を1600±160ppb含む市販の
溶融シリカを用いて、ゾル−ゲル法により多孔質シリカ
ロッドを生成させた。更に第２の試料についての上述と
同様に、得られたガラスは鉄酸化物を140（±14）ppb含
むだけであった。比較のため、光ファイバ生成において
基板として使用される型の市販のシリカ管は、500（±5
0）ppbの鉄酸化物を含んだ。
溶融シリカを用いて、ゾル−ゲル法により多孔質シリカ
ロッドを生成させた。更に第２の試料についての上述と
同様に、得られたガラスは鉄酸化物を140（±14）ppb含
むだけであった。比較のため、光ファイバ生成において
基板として使用される型の市販のシリカ管は、500（±5
0）ppbの鉄酸化物を含んだ。
上で述べたことは、本質的にO2を含まずハロゲンを含
む雰囲気中で多孔質シリカ基体を熱処理することは、シ
リカガラスに固化する前に、多孔質基体中のほとんどの
汚染元素の濃度を減少させることを示している。このこ
とはいくつかの有利な結果をもつ。高価でない出発材料
（たとえば市販の溶融シリカ）を多孔質基体の生成に使
用できるだけでなく、基体は比較的“汚い”雰囲気（た
とえばゾルの金属かく拌器を用いる中で生成でき、多硬
質基体の生成に有機又は無機のゲル化剤が使用できる。
たとえば、表面に非常に少量のNaを含む多孔質シリカで
も典型的な場合固化中ガラス質が除かれるという事実に
もからわらず、LUDOXナトリウム安定コロイド状シリカ
を使用できる。この議論はまた、O2を厳密に除去する
（好ましくは適当な量のCO及びCO2を雰囲気に加え）こ
とにより、本質的に酸素のない雰囲気を作るのに特別の
努力をしなかった従来技術に比べ、著しく不純物が除去
されるということも示している。
む雰囲気中で多孔質シリカ基体を熱処理することは、シ
リカガラスに固化する前に、多孔質基体中のほとんどの
汚染元素の濃度を減少させることを示している。このこ
とはいくつかの有利な結果をもつ。高価でない出発材料
（たとえば市販の溶融シリカ）を多孔質基体の生成に使
用できるだけでなく、基体は比較的“汚い”雰囲気（た
とえばゾルの金属かく拌器を用いる中で生成でき、多硬
質基体の生成に有機又は無機のゲル化剤が使用できる。
たとえば、表面に非常に少量のNaを含む多孔質シリカで
も典型的な場合固化中ガラス質が除かれるという事実に
もからわらず、LUDOXナトリウム安定コロイド状シリカ
を使用できる。この議論はまた、O2を厳密に除去する
（好ましくは適当な量のCO及びCO2を雰囲気に加え）こ
とにより、本質的に酸素のない雰囲気を作るのに特別の
努力をしなかった従来技術に比べ、著しく不純物が除去
されるということも示している。
中間温度での処理が完了した後、組合せ（管の孔の中
にコアロッドを有する管）を固化させるため、より高い
温度に加熱する。典型的な場合、到達最高温度は1200−
1600℃の範囲で、常に管材料の軟化温度以下である。
（好ましくは本質的に空孔のない）一体となったガラス
基体（“プリフォーム”）が生じるように、管をロッド
にシンタした後、プリフォームは典型的な場合冷却さ
れ、光ファイバが通常の方式でプリフォームから引かれ
る。第４図は本発明に従うプリフォームの屈折率分布を
示す。プリフォームから引かれるファイバは、半径方向
の軸に沿って適当に測った時、プリフォームと同じ屈折
率分布をもつことがよく知られている。
にコアロッドを有する管）を固化させるため、より高い
温度に加熱する。典型的な場合、到達最高温度は1200−
1600℃の範囲で、常に管材料の軟化温度以下である。
（好ましくは本質的に空孔のない）一体となったガラス
基体（“プリフォーム”）が生じるように、管をロッド
にシンタした後、プリフォームは典型的な場合冷却さ
れ、光ファイバが通常の方式でプリフォームから引かれ
る。第４図は本発明に従うプリフォームの屈折率分布を
示す。プリフォームから引かれるファイバは、半径方向
の軸に沿って適当に測った時、プリフォームと同じ屈折
率分布をもつことがよく知られている。
第Ｉ例 名目上50m2/gの表面積をもつ300gの市販のコロイドシ
リカ（デグサ社製のAEROSIL OX−50）を切断混合機に
用いて水中に分散させた（重量にしてSiO244％）（OX−
50は約５ないし約100nmまでの比較的広い粒子サイズを
もつ。広いサイズ分布をもつ粒子を使用すると、ある種
のゾル／ゲルプロセスには有利である。）これに水酸化
テトラメチルアンモニウムの25％水溶液38gを加え、混
合させた。ゾルはSiO2とともに１リットルのホウケイ酸
ガラスジャー中で24時間、粉砕した。次にゾルは気泡を
除くため真空にし、4.5gのメチルホルマートを加え、ゾ
ルはゆっくり混合させ管鋳型（外径28mm、内径5mm）中
に鋳造させた。注いで10分以内にゲル化が起った。管状
のゲル基体を鋳型からとり出し、空気中で乾燥させたと
ころ、約4mmの孔径をもつ多孔質シリカ管が得られた。
リカ（デグサ社製のAEROSIL OX−50）を切断混合機に
用いて水中に分散させた（重量にしてSiO244％）（OX−
50は約５ないし約100nmまでの比較的広い粒子サイズを
もつ。広いサイズ分布をもつ粒子を使用すると、ある種
のゾル／ゲルプロセスには有利である。）これに水酸化
テトラメチルアンモニウムの25％水溶液38gを加え、混
合させた。ゾルはSiO2とともに１リットルのホウケイ酸
ガラスジャー中で24時間、粉砕した。次にゾルは気泡を
除くため真空にし、4.5gのメチルホルマートを加え、ゾ
ルはゆっくり混合させ管鋳型（外径28mm、内径5mm）中
に鋳造させた。注いで10分以内にゲル化が起った。管状
のゲル基体を鋳型からとり出し、空気中で乾燥させたと
ころ、約4mmの孔径をもつ多孔質シリカ管が得られた。
約3.8mmの直径と第２図に示されるように屈折率分布
をもつ市販のシリカ被覆ロッド（ライトウェーブテクノ
ロジー、ヴァンニイ、カルフォルニア）を順次トリクロ
ロエチレン、イソプロピルアルコール及び水で洗い、多
孔質シリカ管の孔の中に挿入した。次にその組合せは空
気の浸入を最小にすることにより制御した雰囲気中で燃
料することのできる燃焼シュラウド中に置いた。その中
にコア／管の組合せを入れたシュラウドは２時間以上か
けて垂直炉の高温ゾーン（400℃）中で冷却し、更に６
時間酸素雰囲気中;400℃でひたした。次に84％He、10％
O2及び６％Cl2のシュラウド雰囲気で1000℃に温度を上
げた。最初の１時間雰囲気は94％He及び６％Cl2で、次
の２時間は90％He及び10％O2で最後の１時間は100％He
であった。冷却の後、組合せは４時間1400℃に加熱し、
100％He中で１時間その温度に保った。その後炉は400℃
に冷却し、生成された一体となったガラス基体（プリフ
ォーム）を、炉からとり出した。次にプリフォームを研
磨し、分布をとり、ファイバをプリフォームから引いた
が、すべて当業者には周知のプロセスによった。プロフ
ォームの屈折率分布は本質的に第４図に示されるような
ものである。ファイバ（λCO＜1.3μｍ）は1.3及び1.55
μｍの両方において＜0.5db/kmの損失を有した。
をもつ市販のシリカ被覆ロッド（ライトウェーブテクノ
ロジー、ヴァンニイ、カルフォルニア）を順次トリクロ
ロエチレン、イソプロピルアルコール及び水で洗い、多
孔質シリカ管の孔の中に挿入した。次にその組合せは空
気の浸入を最小にすることにより制御した雰囲気中で燃
料することのできる燃焼シュラウド中に置いた。その中
にコア／管の組合せを入れたシュラウドは２時間以上か
けて垂直炉の高温ゾーン（400℃）中で冷却し、更に６
時間酸素雰囲気中;400℃でひたした。次に84％He、10％
O2及び６％Cl2のシュラウド雰囲気で1000℃に温度を上
げた。最初の１時間雰囲気は94％He及び６％Cl2で、次
の２時間は90％He及び10％O2で最後の１時間は100％He
であった。冷却の後、組合せは４時間1400℃に加熱し、
100％He中で１時間その温度に保った。その後炉は400℃
に冷却し、生成された一体となったガラス基体（プリフ
ォーム）を、炉からとり出した。次にプリフォームを研
磨し、分布をとり、ファイバをプリフォームから引いた
が、すべて当業者には周知のプロセスによった。プロフ
ォームの屈折率分布は本質的に第４図に示されるような
ものである。ファイバ（λCO＜1.3μｍ）は1.3及び1.55
μｍの両方において＜0.5db/kmの損失を有した。
第II及びIII例 第Ｉ例で述べたのと本質的に同様に２本のプリフォー
ムを生成し、それからファイバを引いたが、洗浄後１本
のコアロッドをHF中で低温エッチし、（0.33mmだけ直径
が減少）、他方のロッドは燃焼研磨した。前者から引い
たファイバの損失は本質的に第Ｉ例のファイバの場合と
同じであったが、後者のプリフォームから引いたファイ
バは1.3μｍ及びそれ以上では、わずかに高い損失を有
し、約1.2μｍ以下では本質的に高い損失を有した。
ムを生成し、それからファイバを引いたが、洗浄後１本
のコアロッドをHF中で低温エッチし、（0.33mmだけ直径
が減少）、他方のロッドは燃焼研磨した。前者から引い
たファイバの損失は本質的に第Ｉ例のファイバの場合と
同じであったが、後者のプリフォームから引いたファイ
バは1.3μｍ及びそれ以上では、わずかに高い損失を有
し、約1.2μｍ以下では本質的に高い損失を有した。
第IV例 第Ｉ例と本質的に同様にファイバを生成したが、直径
4mmのコアロッドが1mm径のGeO2ドープコア（Δ＋＝0.27
％）とフッ素ドープクラッド（Δ−＝0.13％）を有する
ことが異なり、かつ1000℃での酸素処理の後He流中にSi
F4（2cc/分）が導入され、He＋SiF4流を1400℃でひたし
終るまで保ったことが異なる。ファイバは1.3μｍ及び
1.55μｍで＜1db/kmの損失を有する。
4mmのコアロッドが1mm径のGeO2ドープコア（Δ＋＝0.27
％）とフッ素ドープクラッド（Δ−＝0.13％）を有する
ことが異なり、かつ1000℃での酸素処理の後He流中にSi
F4（2cc/分）が導入され、He＋SiF4流を1400℃でひたし
終るまで保ったことが異なる。ファイバは1.3μｍ及び
1.55μｍで＜1db/kmの損失を有する。
第Ｖ例 第Ｉ例と本質的に同様にファイバを生成したが、熱処
理が炉（ガス流は１／分He、100cc/分Cl2）の高温ゾ
ーン（1000℃）を通して0.5cm/分で加熱シュラウド中に
おいてロッド／管の組合せを下げ、組合せ全体が高温ゾ
ーンを横切った後、炉温度を1400℃まで上げ、シュラウ
ド中の組合せを0.5cm/分で高温ゾーン（雰囲気100％H
e）を通すことが異なる。ファイバは1.3及び1.55μｍに
おいて＜1db/kmの損失を有する。
理が炉（ガス流は１／分He、100cc/分Cl2）の高温ゾ
ーン（1000℃）を通して0.5cm/分で加熱シュラウド中に
おいてロッド／管の組合せを下げ、組合せ全体が高温ゾ
ーンを横切った後、炉温度を1400℃まで上げ、シュラウ
ド中の組合せを0.5cm/分で高温ゾーン（雰囲気100％H
e）を通すことが異なる。ファイバは1.3及び1.55μｍに
おいて＜1db/kmの損失を有する。
第VI例 多孔質シリカ材料を、重量で40の割合の溶融シリカ
（CAB−Ｏ−SIL M5、名目上200m2/gでキャボット社か
ら購入）と100の純粋を混合し得られたゾルをゲル化さ
せゲルを乾燥させ、多孔質シリカ材料を900℃で熱処理
した。この材料の破片を粉砕し、水と混ぜた。（100の
b.w.H2Oに対して55のb.w.SiO2）これに非イオン性表面
硬化剤（コダックフォトフロー（PHOTOFLOW）200）を0.
09加えた。次に分散させたゾルを50cmの長さの同心状Si
O2ガラス管でできた鋳型に鋳造した。外管の内径は38mm
で、内管の外径は7mmであった。ゾルは鋳造中でゲル化
され、ゲル化した管は鋳型からとり出され空気乾燥させ
た。純粋なシリカロッド（直径4mm）を多孔質シリカ管
の中に入れ、一体となったものをCl2を含む雰囲気中100
0℃で16時間脱水させた。それに続いて1000℃においてH
e−0.5％SiF4中で３時間フッ素処理をした。多孔質管は
次に固化させ、一体化したものをHe−５％SiF4中におい
て200℃／時間で1300℃に加熱し、続いて炉冷却するこ
とにより、コアロッドとシンタした。このプロセスによ
りn0に等しいコア屈折率をもち、屈折率の低い（Δｎ＝
0.006）クラッドをもつ本質的に気泡のないプリフォー
ムが形成された。
（CAB−Ｏ−SIL M5、名目上200m2/gでキャボット社か
ら購入）と100の純粋を混合し得られたゾルをゲル化さ
せゲルを乾燥させ、多孔質シリカ材料を900℃で熱処理
した。この材料の破片を粉砕し、水と混ぜた。（100の
b.w.H2Oに対して55のb.w.SiO2）これに非イオン性表面
硬化剤（コダックフォトフロー（PHOTOFLOW）200）を0.
09加えた。次に分散させたゾルを50cmの長さの同心状Si
O2ガラス管でできた鋳型に鋳造した。外管の内径は38mm
で、内管の外径は7mmであった。ゾルは鋳造中でゲル化
され、ゲル化した管は鋳型からとり出され空気乾燥させ
た。純粋なシリカロッド（直径4mm）を多孔質シリカ管
の中に入れ、一体となったものをCl2を含む雰囲気中100
0℃で16時間脱水させた。それに続いて1000℃においてH
e−0.5％SiF4中で３時間フッ素処理をした。多孔質管は
次に固化させ、一体化したものをHe−５％SiF4中におい
て200℃／時間で1300℃に加熱し、続いて炉冷却するこ
とにより、コアロッドとシンタした。このプロセスによ
りn0に等しいコア屈折率をもち、屈折率の低い（Δｎ＝
0.006）クラッドをもつ本質的に気泡のないプリフォー
ムが形成された。
第VII例 本質的に第Ｉ例と同様にゾルを形成し、鋳型中で鋳造
したが、メルチホルマートをゾルに加えたことが異な
る。ゾルはゲル化しなかった。
したが、メルチホルマートをゾルに加えたことが異な
る。ゾルはゲル化しなかった。
第VIII例 本質的に第Ｉ例について述べたようにゾルを形成した
が、AEROSIL OX−50（名目上50m2/g）の代りにCAB−Ｏ
−SILM5（名目上の表面積200m2/g）を使用したことが異
なる。ゾルは粉末化、あるいはメチルホルマートを混合
するには粘性がありすぎ、鋳造できなかった。
が、AEROSIL OX−50（名目上50m2/g）の代りにCAB−Ｏ
−SILM5（名目上の表面積200m2/g）を使用したことが異
なる。ゾルは粉末化、あるいはメチルホルマートを混合
するには粘性がありすぎ、鋳造できなかった。
第IX例 本質的に第Ｉ例と同様にゾルを準備したが、第四水酸
化アンモニウムもメチルホルマートも加えなかった。粉
末にした後ゾルは鋳型中で鋳造させたがゲル化しなかっ
た。
化アンモニウムもメチルホルマートも加えなかった。粉
末にした後ゾルは鋳型中で鋳造させたがゲル化しなかっ
た。
第Ｘ例 テトラオルトシリケート（TEOS）、エチルアルコール
及び水を1:4:4の比で混合した。これに0.9％試薬級のHC
Iを加え、溶液を混合し、一晩かく拌し、第Ｉ例で述べ
たように管状鋳型中に注いだ。ゾルはゲル化でき、ゲル
管はぬき出し、空気乾燥させた。乾燥中多孔質管は破損
した。従って多孔質管を生成するこの例の方法では、本
発明で使用するのに適した管は生成できなかった。
及び水を1:4:4の比で混合した。これに0.9％試薬級のHC
Iを加え、溶液を混合し、一晩かく拌し、第Ｉ例で述べ
たように管状鋳型中に注いだ。ゾルはゲル化でき、ゲル
管はぬき出し、空気乾燥させた。乾燥中多孔質管は破損
した。従って多孔質管を生成するこの例の方法では、本
発明で使用するのに適した管は生成できなかった。
第１図はフローチャードで本発明のプロセスを示す図； 第２図は本発明を実施するのに有用なコアロッド屈折率
分布を示す図； 第３図はシングルモード光ファイバを例に、ジャケット
材料中に延びる全パワーのうちの割合を示す図； 第４図は本発明の一例であるプリフォームの屈折率分布
を示す図； 第５図はゾル安定性とpH間の関係の例を概略で示す図； 第６図はゾル／ゲル生成多孔質シリカの曲げ強度のゾル
中の水酸化メチルアンモニウムの濃度依存性のデータを
示す図； 第７図はゾルにメチルホルマートを加えた後の時間の関
数として、ゾルの例のpHを描いた図である。
分布を示す図； 第３図はシングルモード光ファイバを例に、ジャケット
材料中に延びる全パワーのうちの割合を示す図； 第４図は本発明の一例であるプリフォームの屈折率分布
を示す図； 第５図はゾル安定性とpH間の関係の例を概略で示す図； 第６図はゾル／ゲル生成多孔質シリカの曲げ強度のゾル
中の水酸化メチルアンモニウムの濃度依存性のデータを
示す図； 第７図はゾルにメチルホルマートを加えた後の時間の関
数として、ゾルの例のpHを描いた図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド ウイルフレッド ジョン ソン，ジュニヤ アメリカ合衆国 07978 ニュージャー シイ，プラックミン，オークラ レーン ５ (72)発明者 ジョン バーネッテ マックチェスニー アメリカ合衆国 08833 ニュージャー シイ，レバノン，クレートタウン ロー ド，アールデーナンバー１ (72)発明者 フレデリック ダブリュ．ワルツ，ジュ ニヤ アメリカ合衆国 07060 ニュージャー シイ，プレインフィールド，ハンチング トン アヴェニュー 724 (56)参考文献 特開 昭63−151639（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】ａ） ある軟化温度を有するシリカを基礎
とする管にシリカを基礎としたガラスロッドを挿入し、
単一のガラス基体（“プリフォーム”とよぶことにす
る）が生ずるように、このように形成された組合せを加
熱する工程及び ｂ） プリフォームから光ファイバを引張る工程を含む
シリカを基礎とした光ファイバの生成方法において、 シリカを基礎とした管はその材料の理論的密度が約10な
いし約80％の範囲であり、ａ）は本質的な空孔のないガ
ラスが生じるように多孔質管を固化させることを含み、
ａ）は組合せが到達する最高温度が管材料の軟化温度よ
り低いように、組合せに周囲圧力を越える静圧を加える
ことなく行なわれることを特徴とする光ファイバの製作
法。 - 【請求項２】単一基体が管をガラスロッドへ組合せにそ
って連結させることにより生成されるように、組合せを
加熱することを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】管状ゲル基体を形成する方法により生成し
たシリカを基礎とした多孔質管を用いることを含む請求
項１または２記載の方法。 - 【請求項４】ａ）の少くとも一部を、管の多孔質材料が
塩素及びフッ素から成る群から選択されたハロゲンを含
む雰囲気と、本質的に酸素を含まない雰囲気に接触する
ように行う請求項１記載の方法。 - 【請求項５】管状ゲル基体の生成が５−100m2/gの名目
上の表面積を有するシリカ粒子を含むゾルの形成を含む
請求項３記載の方法。 - 【請求項６】管状ゲル基体の生成が、11−14の範囲のpH
を有するゾルの形成、ゾルのpHが４−11の範囲に変るよ
うゾルに少くとも一種類のpH降下剤を加えることを含む
請求項３または５記載の方法。 - 【請求項７】相対的に高屈折率の中心領域（“コア”）
をもつ直径Ｄ′のガラスロッド及び相対的に低屈折率の
領域で接触して囲まれた実効的なコア径ｄ′を生成し、
Ｄ′/d′が２ないし６である請求項１−６のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項８】加熱の一部の間、酸素／ハロゲン比が10-3
より小さい値か等しいように保つことを含む請求項４記
載の方法。 - 【請求項９】比較的高濃度の少くとも一種類の化学物質
を含む多孔質管を生成し、工程ａ）を固化した管状材料
が比較的低濃度の汚染化学物質を有するように行う請求
項１−８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】ｉ） 20−100m2/gの範囲の名目上の表
面積と比較的広いサイズ分布をもち、11−14の範囲のpH
が生ずるよう十分な第四水酸化アンモニウムをゾルが含
み、 ii） ４−11の範囲のpHが生ずるよう、ゾルにアルキル
ホルマートを加え、 iii） 工程ａ）の最大温度がせいぜい約1600℃である
ことを含む請求項１−９のいずれかに記載の方法。
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