JP5572022B2 - 光ファイバ用一次プリフォームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部蒸着プロセス（internal vapour deposition process）を用いた光ファイバ用一次プリフォーム（primary preform）の製造方法に関する。この方法は、
ｉ）供給側と排出側とを有する中空ガラス基材チューブを設けるステップと、
ｉｉ）中空ガラス基材チューブの少なくとも一部を、温度Ｔ０に設定された加熱炉で囲むステップと、
ｉｉｉ）ドープ又は非ドープのガラス成形ガスを、供給側を介して中空ガラス基材チューブの内部に供給するステップと、
ｉｖ）中空ガラス基材チューブの内表面にガラスの蒸着が起こるような条件の反応ゾーンを作り出すステップと、
ｖ）中空ガラス基材チューブの内表面に少なくとも１つのプリフォーム層を形成するために、供給側の近傍に位置する反転点と排出側の近傍に位置する反転点との間で中空ガラス基材チューブの長手に沿って反応ゾーンを前後に移動するステップであって、少なくとも１つのプリフォーム層がいくつかのガラス層を備えるステップと、
を備える。

そのような方法は、米国特許第４，７４１，７４７号により周知である。より具体的に説明すると、上記特許は、ＰＣＶＤ法により光プリフォームを製造する方法を開示している。この方法では、１１００℃〜１３００℃の温度及び１〜３０ｈＰａの圧力で反応ガス混合物をチューブに加える間に、ガラスチューブ内部の２つの反転点間でプラズマを前後に移動することにより、ガラス層が蒸着される。光プリフォームの端部における非均一な蒸着形状の部位は、少なくとも１つの反転点の領域において、時間に対して非線形にプラズマを移動することにより低減される。

米国特許第４，６０８，０７０号は、光プリフォームを製造する方法及び装置に関する。この方法及び装置では、加熱炉が回転基材チューブを覆うように配置されており、加熱炉の温度設定は、半径方向距離ｒ及び基材チューブの長さに沿った長手位置ｘの関数である。上記米国特許で言及されている温度関数は、半径方向距離及び長手方向距離にのみ適用され、全蒸着プロセスの間は一定値に設定される。

米国特許第４，６５９，３５３号は、光ファイバの製造方法に関する。この方法では、円形の、非対称な温度プロファイルを利用した熱源を用いたＭＣＶＤ技術を用いて、一定の厚さを有するがドーパントの割合が変化するシリカ層が基材チューブの内側に蒸着される。

米国特許出願第２００４／０１７３５８４号は、ＭＣＶＤ技術を用いた光プリフォームの製造方法に関する。この方法では、プラズマ火炎の大きさは、プリフォームの寸法の関数として制御される。

特願２００４−０３６９１０号公報は、混合酸水素ガスにより、火炎の焦点位置に幅広く均一な高温ゾーンを生じさせるよう構成された石英バーナーに関する。

米国特許出願第２００５／０１４４９８３号は、ＣＶＤ技術を用いたプリフォームの製造方法に関する。この方法では、加熱炉の発熱体及びガラス基材チューブのうち少なくとも１つの温度が測定され、その後、発熱体の発熱量が測定温度に基づいて調整される。

米国特許第４，７４０，２２５号は、光プリフォームの製造方法に関する。この方法では、コア層が所望の厚さで基材チューブの内側に付けられるように、特別な温度プロファイルが設定される。

光ファイバは、コアと、該コアを囲む外層で構成されている。外層はクラッドとも称される。コアは、通常、光が光ファイバ内を伝搬できるように高い屈折率を有する。光ファイバのコアは、１つ以上の同心円層から構成されており、各同心円層は、半径方向において、特定の厚さ及び特定の屈折率又は特定の屈折率勾配を有する

半径方向において一定の屈折率を有する１つ以上の同心円層から成るコアを有する光ファイバは、ステップインデックス型光ファイバと称される。同心円層の屈折率とクラッドの屈折率の差は、所謂デルタ値Δ_ｉ％として表され、以下の式に従って算出される。

ここで、
ｎ_ｉ＝ｉ層の屈折率
ｎ_ｃｌ＝クラッドの屈折率
である。

光ファイバは、所謂グラディエントインデックス（gradient index）屈折率プロファイルを有するコアが得られるように製造することも可能である。このような半径方向の屈折率プロファイルは、デルタ値Δ％と所謂アルファ値αとの両方で定義される。Δ％を決定するために、コアにおける最大屈折率が利用される。アルファ値は、以下の式により決定される。

ここで、
ｎ_１＝ファイバの中心の屈折率
ａ＝グラディエントインデックスコアの半径［μｍ］
α＝アルファ値
ｒ＝ファイバにおける半径方向位置［μｍ］
である。

光ファイバの半径方向位置の関数として屈折率を表すことは、半径方向屈折率プロファイル（radial refractive index profile）と称される。同様に、光ファイバの半径位置の関数としてクラッドとの屈折率差を図式化することも可能である。これを半径方向屈折率プロファイルとしても見なすことも可能である。

半径方向屈折率プロファイルの形状、特に、コアの半径方向における同心円層の厚さ及び屈折率若しくは屈折率勾配は、光ファイバの光学特性を決定する。

一次プリフォームは、コアの１つ以上の同心円層及び／又は最終プリフォームから得られる光ファイバのクラッドの一部の基礎を形成する１つ以上のプリフォーム層を備える。プリフォーム層は、多数のガラス層で形成されている。

ここで言及する最終プリフォームは、光ファイバを製造するファイバ線引き工程に用いられるプリフォームのことである。

最終プリフォーム得るために、一次プリフォームは、外部からガラスの追加層を与えられる。このガラスの追加層は、クラッド又はクラッドの一部を含む。ガラスの追加層は、一次プリフォームに直接に付けることができる。また、「ジャケット」と称される既形成のガラスチューブ内に一次プリフォームを置くことも可能である。このジャケットは、一次プリフォーム上に収縮されてもよい。最終的には、一次プリフォームは、ガラスの追加層を付加する必要がないよう光ファイバのコアとクラッドの両方を備えてもよい。その場合、一次プリフォームは最終プリフォームに一致する。最終プリフォームの半径方向屈折率プロファイルは光ファイバの半径方向屈折率プロファイルに一致するので、半径方向屈折率プロファイルは、一次プリフォーム及び／又は最終プリフォームで測定できる。

最終プリフォームの長さ及び直径は、最終プリフォームから得られる光ファイバの最大長を決定する。

光ファイバの製造コストを低減するため、及び／又は、一次プリフォームの生産量を増大するためには、最終プリフォームに基づいて、要求される品質基準を満たす光ファイバの最大長を作り出すことが目標となる。

従って、一次プリフォームに付けられる追加ガラスの量を増大することが望まれる。

最終プリフォームの直径は、一次プリフォームに厚い追加ガラス層を付けることにより増大させることができる。光ファイバの光学特性は、半径方向屈折率プロファイルにより決定されるので、追加ガラス層の厚さは、常に、コア、より具体的には光ファイバのコアにおける１つ以上の同心円層、を形成する一次プリフォームのプリフォーム層の層厚に、正確に比例していなければならない。その結果、一次プリフォームに追加的に付けられたガラス層の層厚は、内部蒸着プロセスにより形成されたプリフォーム層の厚さにより制限される。

言い換えると、以下の基準を満たさなければならない。

ここで、
ＣＳＡ_CL,fibre＝ファイバにおけるクラッドの断面積
ＣＳＡ_CL,vv＝最終プリフォームにおけるクラッドの断面積
ＣＳＡ_i,fibre＝ファイバにおける同心円層の断面積
ＣＳＡ_i,vv＝最終プリフォームにおけるプリフォーム層の断面積

最終プリフォームの直径の増大すると、クラッドの断面積が増大する。上記の基準から、プリフォーム層の断面積（ＣＳＡ_i,vv）もまた増大する。従って、１つ以上のプリフォーム層の断面積は、内部蒸着プロセスの間に増大する。これは、中空ガラス基材チューブの直径が変化しないとすると、中空ガラス基材チューブの内表面に蒸着したプリフォーム層の厚さが増大することを意味する。

本発明者は、驚いたことに、ステップインデックス型光ファイバ用の比較的厚いプリフォーム層が蒸着するとき、ドープされたプリフォーム層の屈折率が半径方向において十分に一定ではない、ということを見いだした。十分に一定ではない半径方向の屈折率は、光ファイバの光学特性に悪影響を及ぼす。とりわけ、分散、カットオフ周波数、曲げ損失及び減衰などのファクターが影響を受ける可能性がある。

本発明者は、また、グラディエントインデックス型光ファイバ用の比較的厚いプリフォーム層が蒸着するとき、アルファ値は目標とするアルファ値と異なることを見いだした。逸脱したアルファ値は、グラディエントインデックス型光ファイバの特性、とりわけ、帯域幅に悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、ドープされたプリフォーム層の屈折率が実質的に半径方向において一定であるステップインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、得られるアルファ値が意図された又は期待されたアルファ値と実質的に同じであるグラディエントインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの製造方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ドープされたプリフォーム層の屈折率が半径方向と長手方向の両方で実質的に一定であるステップインデックス型光ファイバの製造方法を提供することである。

イントロダクションに記載した本発明は、ステップｖ）の少なくとも一部の間に、加熱炉の温度がＴ０に対して相対的に変化するという点において特徴付けられる。

上記特徴を用いると、基材チューブを横切る半径方向の温度勾配は、意図した屈折率値に一致した屈折率プロファイルが任意の所望のプリフォーム層について得られるように影響される。該プリフォーム層はいくつかのガラス層を備えてもよい。特にステップインデックス型プリフォームの場合、本方法は、半径方向において実質的に一定なドープ又は非ドープのプリフォーム層の屈折率値をもたらす。

本発明者は、一定の加熱炉温度の設定にもかかわらず、内部蒸着プロセスの間に、中空ガラス基材チューブの温度が増大することを見いだした。「Ｔ０」という用語は、蒸着が実際に始まる前の加熱炉の温度設定である。一般的に、加熱炉温度Ｔ０は、９００℃〜１４００℃の間、好ましくは１１００℃〜１３００℃の間の値に設定される。加熱炉温度の変動は、温度が１４００℃を上回らず、又は９００℃を下回らないようにされる。

特定の理論に縛られることを望むものではないが、本発明者は、この温度の増大は、中空ガラス基材チューブの内表面におけるガラス質量の増大に帰因する可能性があると推測する。

本発明者は、ガラス質量の増大は、中空ガラス基材チューブの熱容量の増大に付随して起こると推測する。この結果として、内部蒸着プロセスの間に、比較的高い反応ゾーン温度により中空ガラス基材チューブが熱くなる。

中空ガラス基材チューブの温度は、既に蒸着したガラス層及び／又はプリフォーム層を含む中空ガラス基材チューブの温度と理解されたい。

本発明者は、驚いたことに、蒸着プロセス間の中空ガラス基材チューブの温度は、ドーパントが蒸着されたガラスに組み込まれる効率に関して重要であることを見いだした。

より詳細には、本発明者は、ゲルマニウムドープのステップインデックス型光ファイバ用一次プリフォームに関するこの温度増加の結果は、プリフォーム層の屈折率が半径方向、すなわち、一次プリフォームの中心方向において減少することを示す、ということを見いだした。

本発明者は、グラディエントインデックス型光ファイバ用の一次プリフォームの製造において、同様の効果を観測している。

より詳細には、半径方向における屈折率の減少は、目標とされたデルタ値およびアルファ値よりも低いデルタ値（Δ％）および高いアルファ値をもたらす。

屈折率の減少又は確立された高いアルファ値は、特に、プリフォーム層がゲルマニウムでドープされたときに観測される。ゲルマニウムは、蒸着されたガラスにおいて、主に酸化ゲルマニウムとして存在する。

特定の理論に縛られることを望むものではないが、本発明者は、内部蒸着プロセス間の中空ガラス基材チューブの高い温度により、酸化ゲルマニウムが蒸発するか、又は、比較的高い温度の結果として、酸化ゲルマニウムの形のゲルマニウムがガラス中に組み込まれる効率が減少する、と推測する。

それに加えて、フッ素ドープのステップインデックス型光ファイバ用の一次プリフォームに関する、蒸着プロセス間の中空ガラス基材チューブの温度増加は、半径方向、すなわち、一次プリフォームの中心方向におけるプリフォーム層の屈折率の増大をもたらす可能性がある。従って、本方法は特に、ステップｖ）の少なくとも一部の間に加熱炉温度がＴ０に対して相対的に変化するようにして、蒸着プロセス間における望ましくない中空ガラス基材チューブの温度増加に対する補償、又は補正又は調整が起こるようにしている。

一次プリフォームのプリフォーム層がフッ素だけでなくゲルマニウムもドープされた実施形態において、２つのドーパントの集積により、屈折率の減少だけでなく増加が生じる可能性がある。

一次プリフォームの中心方向におけるプリフォーム層の屈折率の減少は、蒸着プロセス間において時がたつにつれて起こるプリフォーム層の屈折率の減少と同一視できることを留意されたい。

本発明者は、蒸着プロセスの間にＴ０に対して相対的に中空ガラス基材チューブの温度を変化させることにより、半径方向におけるプリフォーム層の屈折率勾配に影響を及ぼすことができることを見いだした。また、本発明者は、グラディエントインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの製造において、このようにしてアルファ値に影響を及ぼすことができることを見いだした。特別な実施形態において、加熱炉温度Ｔ０は、好ましくは９００℃〜１４００℃の間の値に設定される。

このように、１つ以上の上述の目的は、本発明を実行することにより達成される。

好適な実施形態では、平均温度変化幅は５０〜２０００℃／ｃｍであり、好ましくは、１５０〜１０００℃／ｃｍである。上記温度変化は、蒸着されたプリフォーム層の半径方向におけるセンチメートル当たりの温度変化℃として規定される。

温度変化の大きさは、とりわけ、ドーパントの濃度と種類に依存する。温度変化を＋５０℃／ｃｍ未満（又は−５０℃／ｃｍ）に選択した場合、屈折率勾配への影響は小さくななるが、一方、上限を超えた場合、特に比較的厚いプリフォーム層の場合には、他のプロセスの問題を引き起こす加熱炉温度をもたらす可能性がある。従って、２０００℃／ｃｍを超えた温度変化は、粘性が中空ガラス基材チューブの変形、例えば「サッギング（sagging）」、を引き起こすほど小さくなるような中空ガラス基材チューブの温度を招く可能性がある。一方、−２０００℃／ｃｍ未満の温度変化は、ガラスの半径方向におけるストレスの増加を招き、これがチューブの破砕につながる可能性がある。

別の実施形態では、あるプリフォーム層の平均温度変化ｄＴ／ｄｔは、該プリフォーム層に隣接する別のプリフォーム層の平均温度変化ｄＴ／ｄｔと異なっている。その結果、固有の温度プロファイルが各プリフォーム層に設定される。特別な実施形態において、特定のプリフォーム層のために一定の加熱炉温度を維持することも可能である。一定温度は、Ｔ０と同じか又は異なってもよい。加熱炉温度は、ステップｖ）の間に、ｄＴ／ｄｔが時間変化の影響を受けるように変化可能であり、特殊な状況ではｄＴ／ｄｔはゼロになってもよい。特に、いくつかのガラス層から成るプリフォーム層の蒸着の間、ｄＴ／ｄｔは一定であることが望ましい。

加熱炉温度は、好ましくは、蒸着プロセス間において連続的に変化する。この場合、屈折率プロファイルは、連続的に影響を受け、屈折率の階段状変化の発生が最小限に抑えられる。言い換えると、「連続的変化」という用語は、突然の強烈な増加や減少がない緩やかな変化を意味すると解される。

別の好適な実施形態では、温度はプリフォーム層の半径方向の厚さの関数として、線形に変化する。温度の線形変化は、時間の関数としての温度の線形変化と同一視できることを留意されたい。

さらに別の好適な実施形態において、反応ゾーンはプラズマである。該プラズマは、望ましくは中空ガラス基材チューブの長さ、特に蒸着長さに沿って、１０〜４０ｍ／ｍｉｎの速度範囲、好適には１５〜２５ｍ／ｍｉｎの速度範囲で前後に移動する。蒸着長さは、ガラス層が蒸着される中空ガラス基材チューブの長さの一部として見なされる。言い換えると、蒸着長さは、中空ガラス基材チューブの供給側近傍に位置する反転点と排出側近傍に位置する反転点との間の距離である。反応ゾーンは、蒸着プロセスの間、該反転点間を前後に移動する。２つの反転点は、加熱炉に囲まれる。

蒸着されたガラスの屈折率は、ドーパントにより影響を受ける可能性がある。屈折率を増加させるドーパントの例としては、ゲルマニウム、リン、チタン、アルミニウム、又はそれらの酸化物がある。屈折率を減少させるドーパントの例としては、ホウ素又はその酸化物、およびフッ素がある。好ましくは、ゲルマニウムが屈折率を増加させるドーパントとして用いられ、フッ素が屈折率を減少させるドーパントとして用いられる。ゲルマニウムは、通常、酸化ゲルマニウムとしてガラス中に組み込まれている。特別な実施形態においては、ゲルマニウムとフッ素の組み合わせがドーパントとして用いられる。

特別な実施形態において、加熱炉温度は、Ｔ０に対して相対的に減少する。

本発明に係る別の特別な実施形態において、加熱炉は、中空ガラス基材チューブの長手方向に、少なくとも２つの調整可能な温度ゾーンを備える。少なくとも１つの温度ゾーンにおいて、ステップｖ）の少なくとも一部の間に、温度又は温度勾配はＴ０に対して相対的に変化する。「温度ゾーン」という用語は、中空ガラス基材チューブの長手方向における「ゾーン」を意味するものと解される。該ゾーンにおいて、加熱炉温度は、実質的に一様であると見なされるか、又は、長手方向において特別な温度勾配が生成される。従って、このような温度ゾーンは、２つの温度ゾーンを備える実施形態の場合、一方のゾーンが供給側に位置し、他方のゾーンが排出側に位置するように配置され、好ましくは、該２つのゾーンは、規定位置において互いに接触する。

１つのゾーンにおける温度又は温度勾配は、好ましくは、他のゾーンの温度又は温度勾配とは独立に変化可能である。

少なくとも２つの独立して調整可能な温度ゾーンを備える加熱炉を用いて、半径方向の屈折率プロファイル（半径方向屈折率プロファイル）だけでなく、長手方向の屈折率（長手方向屈折率プロファイル）に影響を与えることができる。ここで、「長手方向屈折率プロファイル」という用語は、プリフォーム層の屈折率を、一次プリフォームの長手方向位置の関数としてグラフで示したものと見なされる。

このような実施形態は、特に、グラディエントインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの製造に適している。これは、この場合には、一次プリフォームの長手に沿って目標値からのアルファ値の偏差を低減することができるからである。

一実施指定において、少なくとも１つのプリフォーム層の形成の間に、少なくとも１つの温度ゾーンにおける加熱炉温度、又は少なくとも１つの温度ゾーンにおける温度若しくは温度勾配は、Ｔ０に対して相対的に変化する。

特別な実施形態において、半径方向から見て０．５ｍｍ、好ましくは１ｍｍの厚さを有するプリフォーム層の形成の間に、少なくとも１つの温度ゾーンにおける加熱炉温度、又は少なくとも１つの温度ゾーンにおける温度若しくは温度勾配は、Ｔ０に対して相対的に変化する。ＰＣＶＤプロセスにおいて、このような厚さは、それぞれ約５００層、約１０００層の蒸着に相当する。層厚は、特に反応ゾーンが蒸着長さに沿って移動するスピードに依存するので、異なる層数が蒸着されてもよいことを留意されたい。従って、反応ゾーンの速度が速くなると、ガラス層の厚さは小さくなる。これは、特定のプリフォーム層厚を実現するために、より多くのガラス層が各プリフォーム層に必要とされることを意味する。

本発明は、多くの図面を参照して実施形態によってより詳細に説明されるが、本発明は実施形態に限定されないことを留意されたい。

内部蒸着プロセスを実施するための装置の概略図である。 本発明の好適な実施形態に係る内部蒸着プロセスを実施するための装置の概略斜視図である。 従来技術に係る方法により実現されるステップインデックス型の半径方向屈折率プロファイルの概略図である。 グラディエントインデックス型の２つの半径方向屈折率プロファイルを示す図である。

図１には、光ファイバの一次プリフォームを製造するための内部蒸着プロセスを行う装置１００が概略的に図示されている。装置１００は、加熱炉１を備える。加熱炉１は、少なくとも中空ガラス基材チューブ２の蒸着範囲５を囲んでいる。

蒸着長さ５は、ガラス層が蒸着される中空ガラス基材チューブ２の長さの一部に相当する。言い換えると、蒸着長さ５は、中空ガラス基材チューブの供給側近傍に位置する反転点１１と排出側近傍に位置する反転点１２との間の距離に相当する。蒸着長さ５は、加熱炉１により囲まれている。「反転点」という用語は、反応ゾーン６の移動方向が反対方向に反転する中空ガラス基材チューブ２の長手方向位置、として理解される。２つの反転点１１，１２は、加熱炉１により囲まれている。

中空ガラス基材チューブ２は、供給側３と、排出側４とを有する。供給側３及び排出側４は、それぞれ、ガス注入口及びガス出口（図示せず）の間に配置できる。供給側３及び排出側４は、中空ガラス基材チューブ２の内部体積が外気圧から分離されるように、Ｏリングシールが設けられたシリンダー状の通路によって締め付けられてもよい。このような構造は、ポンプ（図示せず）がガス出口に接続されたときに、減圧状態での蒸着プロセスを可能とする。

前記シリンダー状の通路は、蒸着プロセスの間に基材チューブが連続的又は段階的に回転できるよう回転式の実施形態に用いられてもよい。

蒸着プロセスの間、反応ゾーン６は、ガラス層を形成するために、中空ガラス基材チューブ２の内部を中空ガラス基材チューブ２の長手に沿って供給側３近傍の反転点１１と排出側４近傍の反転点１２との間（この長さは、蒸着長さ５とも称される）で前後に移動する。反応ゾーン６の幅７は、蒸着長さ５よりも小さい。本発明は、反応ゾーンが低圧プラズマであるＰＣＶＤ型の蒸着プロセスに特に適している。「低圧」という用語は、プラズマが基材チューブ内において約１〜２０ｍｂａｒの圧力で生成されることを意味すると理解される。

ドープ又は非ドープのガラス形成ガスが中空ガラス基材チューブ２の供給側３に供給される間、ガラス層（図示せず）が中空ガラス基材チューブ２の内側に蒸着長さ５に沿って蒸着される。

多かれ少なかれ供給側３に供給されたガラス形成ガスの一定組成を用いて蒸着された多数のガラス層は、このようにしてプリフォーム層を形成する。

ガラス形成ガス組成に所定の変形を加えることにより、プリフォーム層を形成することも可能である。このようなプリフォーム層は、例えば、グラディエントインデックス型光ファイバ用一次プリフォーム用の一次プリフォームの製造に用いられる。

蒸着プロセスの完了後、内部にプリフォーム層が蒸着した基材チューブ２は、崩壊プロセス（collapse process）とも称される収縮プロセスにより、固体ロッド内に固められる。

中空ガラス基材チューブ２内に反応ゾーンを生成する手段は、米国特許出願第２００７／０２８９５３２号、米国特許出願第２００３／１５９７８１号、及び米国特許出願第２００５／０１７２９０２号、米国特許第４，８４４，００７号、米国特許第４，７１４，５８９号、米国特許第４，８７７，９３８号から知られている共振器（resonator）を備えることが望ましい。このような共振器は、基材チューブ２を取り囲んでおり、蒸着プロセスの間、蒸着長さに沿って前後に移動する。

図２は、特別な実施形態に係る装置１００の斜視図である。図２には、３つの温度ゾーン８，９及び１０が概略的に図示されている。例えば、温度ゾーン８，９及び１０は、加熱炉１内の基材チューブの長手方向における様々な位置に、個々に制御可能な発熱体（図示せず）を配置することにより作り出すことができる。例えば、カーボンエレメントが適切な発熱体である。しかしながら、本発明は、カーボンエレメントに限定されない。原則として、最大温度が約１４００℃に達する発熱体が適している。温度ゾーンの幅は必要に応じて設定可能であり、各温度ゾーンごとに必ずしも同一でなくてもよい。長手方向において基材チューブの温度設定を正確に行うために、互いに異なる長さを有する温度ゾーンを実現するのが都合がよいかもしれない。

温度ゾーン８，９，１０は、例えば酸化アルミニウム等の断熱材からなる１つ以上の分離エレメント（図示せず）により互いに分離されてもよい。断熱性の分離エレメントは、温度ゾーンにおいて基材チューブ２の温度を一定に維持することを可能とする。断熱性の分離エレメントがない場合、特に、隣接する温度ゾーン間の移行部近傍において、基材チューブ２の温度が変動する可能性がある。図２は、３つの温度ゾーン８，９及び１０を備える加熱炉１を示しているが、本発明は、このような実施形態に限定されない。

加熱炉１又は温度ゾーン８，９，１０の温度変動は、例えば、それぞれ加熱炉又は温度ゾーン８，９，１０の温度を、コンピュータ又はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の演算部に基づいた適切な制御システムを用いて制御することにより生じさせることができる。

図３は、ステップインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの半径方向屈折率プロファイルの一例を示す（正確な縮尺ではない）。横軸は半径方向位置を示し、縦軸は屈折率（又はデルタ値）を示す。図３において、一次プリフォームの中心はｒ＝０と示されている。一次プリフォームの中心から、コアは２つのプリフォーム層１３及び１４により形成される。２つのプリフォーム層１３及び１４は、例えば、酸化ゲルマニウムとしてガラス中に含まれるゲルマニウムがドープされた石英ガラス、及びフッ素に基づいて形成可能である。クラッドはコアを囲んでいる。

プリフォーム層１３及び１４における一次プリフォームの中心方向に下っていく実線（本発明によらない）は、従来技術に係る方法を用いて得ることのできる屈折率勾配に対応しており、一方、破線は、望ましい屈折率を示している。このように、得られる屈折率は、一次プリフォームの中心方向において目標値から外れている。

図４は、グラディエントインデックス型光ファイバ用一次プリフォームの２つの半径方向の屈折率プロファイルを概略的に示す。横軸は半径方向位置を示し、縦軸は屈折率（又はデルタ値）を示す。この図において、光ファイバの中心はＲ＝０を示す。従来技術に係る方法が用いられる場合、アルファ値＝２且つ特定のデルタ値Δ_ｉ％が目標とされたとき、アルファ値＞２且つ低いデルタ値Δ_ｉｉ％の半径方向屈折率プロファイルを有する一次プリフォームが得られる（図では誇張されている）。

（実施例）
ステップインデックス型光ファイバ用の２つの一次プリフォームＰＶ１及びＰＶ２は、プリフォーム層１３及び１４の目標半径方向屈折率プロファイル（図３の破線）を有している。２つの一次プリフォームＰＶ１及びＰＶ２は、ＰＣＶＤプロセスを用いて製造される。この目的のために、ＰＣＶＤ装置の供給側と排出側の間に、中空ガラス基材チューブが設けられる。前記中空ガラス基材チューブは、Ｔ０＝１０４０℃に設定された加熱炉により囲まれている。この実施例において用いられる加熱炉は、ただ一つの温度ゾーンを有する。しかしながら、少なくとも２つの調整可能な温度ゾーンを備える加熱炉を用いることも可能である。実施例では、ステップｖ）の少なくとも一部の間に、少なくとも１つの温度ゾーンにおいて、温度又は温度勾配がＴ０に対して相対的に変化する。ここで、「温度ゾーン」という用語は、中空ガラス基材チューブの長手方向におけるゾーンを意味する。その後、ドープ又は非ドープのガラス形成ガスが供給されながら、内部プラズマ化学蒸着プロセスが実行される。

第１プリフォーム層を形成するために、非ドープガラス形成ガス、すなわちＳｉＣｌ_４とＯ_２の混合物が中空ガラス基材チューブの内部に供給される。

図３においてそれぞれ符号１４及び１３で示される第２及び第３プリフォーム層を形成するために、ＳｉＣｌ_４とＯ_２に加えて、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ_４）の形のゲルマニウム及びヘキサフルオロエタン（Ｃ_２Ｆ_６）の形のフッ素がドーパントとして用いられる。互いに異なる量のドーパントを用いることにより、それぞれ屈折率差Δ_２％及びΔ_１％で表される、２つの互いに異なる値の屈折率を得ることができる。

下表に示されるように、プリフォーム層の蒸着の間、すなわち本ステップｖ）の間において、加熱炉温度は、Ｔ０に対して相対的に変化する。

第１プリフォーム層は、蒸着プロセス完了後、６００のガラス層から成り、約０．４９ｍｍの半径方向の厚さを有する。

第１プリフォーム層の蒸着の間、加熱炉温度は、一次プリフォームＰＶ１及びＰＶ２の両方に関してＴ０に維持される。

第２プリフォーム層は、蒸着プロセス完了後、一次プリフォームＰＶ１及びＰＶ２の両方に関して４８７０のガラス層からなり、約４．４ｍｍの半径方向の厚さを有する。

ＰＶ１に関し、加熱炉の温度は、第２プリフォーム層の蒸着の間に一致値Ｔ０に維持される。

ＰＶ２に関し、加熱炉の温度は、第２プリフォーム層の蒸着の間に１０４０℃から９８０℃に時間的に線形に減少する。従って、平均温度変化は、約−１３６℃／ｃｍになる。

第２プリフォーム層に隣接した第３プリフォーム層は、ＰＶ１及びＰＶ２の両方の一次プリフォームに関し、蒸着プロセス完了後、９２０のガラス層から成り、約０．７５ｍｍの半径方向の厚さを有する。

ＰＶ１に関し、第３プリフォーム層の蒸着の間において加熱炉の温度は、一定値Ｔ０に維持される。ＰＶ２に関し、第３プリフォーム層の蒸着の間において加熱炉の温度は９８０℃から９５０℃に時間的に線形に減少する。従って、平均温度変化は、約−４００℃になる。

ＰＶ１及びＰＶ２に対する種々の内部蒸着プロセスが完了した後に得られる中空ガラス基材チューブは、崩壊プロセスにより両者が２つの（固体）一次プリフォームに固められる。その後、２つの一次プリフォームＰＶ１及びＰＶ２それぞれの半径方向の屈折率プロファイルが、例えばPhoton Kinetics社から市販されている「２６００プリフォームアナライザ」等のアナライザを用いて測定される。

第１（非ドープ）プリフォーム層の屈折率は、ＰＶ１及びＰＶ２の両者において半径方向で一定である。これは、ドーパントがないことにより説明される。

ＰＶ１の第２及び第３プリフォーム層の屈折率は、図３の略図に実線で示されるように、半径方向で一定ではなく、一次プリフォームの半径中心の方向に減少を示す。

ＰＶ２のプリフォーム層の屈折率は、図３の略図に破線で示されるように、２つのプリフォーム層に関して半径方向において実質的に一定である。

本発明は、３つのプリフォーム層、すなわち、それぞれが特定の半径方向の厚さを有する及び／又は特定のドーパント量を含む第１非ドーププリフォーム層と２つのドーププリフォーム層を備える光ファイバ用の一次プリフォーム、について説明したが、本発明は、このような特定の実施形態に限定されない。本発明は、少なくとも１つのドーププリフォーム層を備えるステップインデックス型光ファイバとグラディエントインデックス型光ファイバの両方の一次プリフォームに適用される。

Claims (19)

1. 内部蒸着プロセスを用いた光ファイバ用一次プリフォームの製造方法であって、
   ｉ）供給側と排出側とを有する中空ガラス基材チューブを設けるステップと、
   ｉｉ）前記中空ガラス基材チューブの少なくとも一部を、温度Ｔ０に設定された加熱炉で囲むステップと、
   ｉｉｉ）ドープ又は非ドープのガラス成形ガスを、前記供給側を介して前記中空ガラス基材チューブの内部に供給するステップと、
   ｉｖ）前記中空ガラス基材チューブの内表面にガラスの蒸着が起こるような条件の反応ゾーンを作り出すステップと、
   ｖ）前記中空ガラス基材チューブの内表面に少なくとも１つのプリフォーム層を形成するために、前記供給側の近傍に位置する反転点と前記排出側の近傍に位置する反転点との間で前記中空ガラス基材チューブの長手方向に沿って反応ゾーンを前後に移動するステップであって、少なくとも１つのプリフォーム層がいくつかのガラス層を備えるステップと、
   を備え、
   ステップｖ）の少なくとも一部の間に、前記加熱炉の温度がＴ０に対して相対的に変化し、
   ステップｖ）の少なくとも一部の間において、前記加熱炉の温度が、プリフォーム層の半径方向の厚さの関数として線形に変化することを特徴とする方法。
2. 平均温度変化幅の絶対値は、ステップｖ）の少なくとも一部の間において、５０〜２０００℃／ｃｍであり、該温度変化は、蒸着されたプリフォーム層の半径方向のセンチメートル当たりの温度変化℃として規定される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 平均温度変化幅の絶対値は、ステップｖ）の少なくとも一部の間において、１５０〜１０００℃／ｃｍであり、該温度変化は、蒸着されたプリフォーム層の半径方向のセンチメートル当たりの温度変化℃として規定される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ステップｖ）の少なくとも一部の間において、あるプリフォーム層の平均温度変化が、該プリフォーム層に隣接する別のプリフォーム層の平均温度変化と異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. ステップｖ）の前記反応ゾーンはプラズマであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. ステップｖ）において、前記反応ゾーンは、前記中空ガラス基材チューブの蒸着長さに沿って、１０〜４０ｍ／ｍｉｎの速度範囲で前後に移動し、該蒸着長さは、前記中空ガラス基材チューブにおける前記供給側の近傍に位置する反転点と前記排出側の近傍に位置する反転点との間の距離として見なされる、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ステップｖ）において、前記反応ゾーンは、前記中空ガラス基材チューブの蒸着長さに沿って、１５〜２５ｍ／ｍｉｎの速度範囲で前後に移動し、該蒸着長さは、前記中空ガラス基材チューブにおける前記供給側の近傍に位置する反転点と前記排出側の近傍に位置する反転点との間の距離として見なされる、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. ステップｉｉｉ）において、屈折率が減少するドーパントが用いられることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. ステップｉｉｉ）において、屈折率が減少するドーパントとしてフッ素が用いられることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
10. ステップｉｉｉ）において、屈折率が増加するドーパントが用いられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. ステップｉｉｉ）において、屈折率が増加するドーパントとしてゲルマニウムが用いられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
12. ステップｖ）の少なくとも一部の間において、前記加熱炉の温度がＴ０に対して相対的に減少することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記加熱炉は、少なくとも２つの調整可能な温度ゾーンを備え、そのうち少なくとも１つでは、ステップｖ）の少なくとも一部の間に、温度又は温度勾配がＴ０に対して相対的に変化し、「温度ゾーン」という用語が前記中空ガラス基材チューブの長手方向におけるゾーンを意味するものと解される、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
14. １つのゾーンの温度又は温度勾配は、他のゾーンの温度又は温度勾配とは独立に変動可能であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. ステップｖ）における少なくとも１つのプリフォーム層の形成の間に、少なくとも１つの温度ゾーンにおいて、前記加熱炉の温度、又は少なくとも１つの温度ゾーンの温度若しくは温度勾配が、Ｔ０に対して相対的に変化することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
16. 半径方向において少なくとも０．５ｍｍの厚さを有するプリフォーム層の形成の間に、ステップｖ）における前記加熱炉の温度がＴ０に対して相対的に変化することを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
17. 半径方向において少なくとも１ｍｍの厚さを有するプリフォーム層の形成の間に、ステップｖ）における前記加熱炉の温度がＴ０に対して相対的に変化することを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
18. 前記加熱炉は、少なくとも前記中空ガラス基材チューブの蒸着長さを囲んでおり、該蒸着長さは、前記中空ガラス基材チューブの前記供給側の近傍に位置する反転点と前記排出側の近傍に位置する反転点との間の距離に相当する、ことを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
19. ステップｖ）において、前記加熱炉の温度Ｔ０は、９００℃〜１４００℃の間の値に設定され、加熱炉温度の変化が１４００℃を上回らないか又は９００℃を下回らないようにされることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の方法。

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