特許 5746247 希土類がドープされた光ファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5746247

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】希土類がドープされた光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/018 20060101AFI20150618BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20150618BHJP

   H01S 3/17 20060101ALI20150618BHJP

   C03B 37/012 20060101ALI20150618BHJP

   C03B 37/014 20060101ALI20150618BHJP

   C03B 37/027 20060101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   C03B37/018 C

   H01S3/067

   H01S3/17

   C03B37/012 Z

   C03B37/012 A

   C03B37/014 Z

   C03B37/027 Z

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-51494(P2013-51494)

(22)【出願日】2013年3月14日

(62)【分割の表示】特願2009-530384(P2009-530384)の分割

【原出願日】2007年9月24日

(65)【公開番号】特開2013-147421(P2013-147421A)

(43)【公開日】2013年8月1日

【審査請求日】2013年4月15日

(31)【優先権主張番号】11/540,099

(32)【優先日】2006年9月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】スチュアート グレイ

(72)【発明者】

【氏名】ドネル ティー ウォルトン

(72)【発明者】

【氏名】ジー ワン

(72)【発明者】

【氏名】ルイス エイ ゼンテノ

【審査官】 山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００８８２６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００８８２６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１５８００６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−０４２８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ３７／００−３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバを製造する方法であって、
（ｉ） １５０℃〜１８５℃の温度で、１０Ｌ／分と１５Ｌ／分の間の流量のガスによるＹｂ蒸気供給を含むＯＶＤ法によって、１質量％より多くのＹｂを含むコアケインを形成し、
（ｉｉ） 前記コアケインを使用して、シリカスートを含有するガラスプリフォームを製造し、該シリカスートを含有するガラスプリフォームを固結して、全ガラスプリフォームを形成し、
（ｉｉｉ） 前記全ガラスプリフォームから光ファイバを線引きする、
各工程を有してなり、
前記光ファイバが、０．７を超えるスロープ効率を有することを特徴とする方法。

【請求項2】

前記ガラスプリフォームが炉に対して１２ｍｍ／分から１８ｍｍ／分の速度で動かされている間に前記固結工程を行うことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項3】

光ファイバを製造する方法であって、
（ｉ） １５０℃〜１８５℃の温度で、１０Ｌ／分と１５Ｌ／分の間の流量のガスによるＹｂ蒸気供給を含むＯＶＤ法によって、１質量％より多くのＹｂを含むコアケインを形成し、
（ｉｉ） 前記コアケインをシリカ系層でオーバークラッドし、それによって、シリカ系層でオーバークラッドされたＹｂドープトコアを有するプリフォームを提供し、
（ｉｉｉ） 前記シリカ系層内に複数の縦方向の溝を提供し、それによって、溝付きプリフォームを形成し、
（ｉｖ） 前記溝付きプリフォームを、シリカスートでオーバークラッドされたシリカ系管内に挿入し、
（ｖ） 前記溝の付いた区域に正圧を印加しながら前記スートを固結させ、それによって、複数の縦方向の孔を含むガラスプリフォームを形成し、
（ｖｉ） 前記複数の縦方向の孔を含む前記ガラスプリフォームをダウンドープされたシリカスートの層で取り囲むことによって、該ガラスプリフォームを使用し、
（ｖｉｉ） 前記ダウンドープされたシリカスートの層を含む前記ガラスプリフォームが炉に対して１２ｍｍ／分から１８ｍｍ／分の速度で動かされる間に、前記複数の縦方向の孔を維持しながら、該ガラスプリフォームを固結して、全ガラスプリフォームを形成し、
（ｖｉｉｉ） 前記孔に正圧を印加しながら、前記全ガラスプリフォームから光ファイバを線引きする、
各工程を有してなり、
前記光ファイバが、０．７を超えるスロープ効率を有することを特徴とする方法。

【請求項4】

前記複数の縦方向の孔を含む前記ガラスプリフォームをダウンドープされたシリカスートの層で取り囲む前に、該ガラスプリフォームを非円形形状に機械加工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。

【請求項5】

前記Ｙｂ蒸気供給が、１０Ｌ／分と１２Ｌ／分の間の流量のガスにより行われることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記Ｙｂ蒸気供給が、１６５℃〜１８５℃の温度で行われることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記Ｙｂ蒸気供給が、１７０℃〜１８０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記Ｙｂ蒸気供給が、１７０℃〜１８５℃の温度で行われることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。

【請求項9】

前記Ｙｂ蒸気供給が、１７３℃の温度で行われることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。

【請求項10】

前記光ファイバが、１１５０ｎｍと１４５０ｎｍとの間に位置する波長で５ｄＢ／ｋｍ未満の、１３８０ｎｍの波長で２０ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一部は、ＤＡＲＰＡにより授与された契約番号第ＭＤＡ９７２−０２−３−００４号の下で合衆国政府のサポートにより行われた。合衆国政府は、本発明の請求項のいくつかに特定の権利を有する。

【0002】

本発明は、広く、高濃度で希土類がドープされた光ファイバに関し、詳しくは、ハイパワー光源または光ファイバレーザおよび光増幅器に使用するのに適した全ガラスの希土類ドープト二重クラッド型光ファイバに関する。

【背景技術】

【0003】

光ファイバは、その高容量と電気ノイズに対する耐性のために通信にとって本命の媒体となってきている。光増幅器およびファイバレーザの分野において、単一クラッド型希土類ドープト光ファイバが広く用いられてきた。この種のファイバは、ハイパワー光源（ここでは、光ポンプまたは単にポンプとも称される）から希土類ドープト光ファイバにマルチモード光を効率的に結合させることが難しいために、ハイパワーマルチモード光源を取り扱う能力が低い。

【0004】

この課題を解決し、ファイバレーザの出力パワーを増加させるために、当業者は、二重クラッド構造を持つ光ファイバ（ここでは、二重クラッド型光ファイバと称される）を利用している。二重クラッド型希土類ドープト光ファイバは、コア、コアを取り囲む内側クラッド層、および内側クラッド層を取り囲む外側クラッド層を有するファイバである。Ｙｂがドープされたコアおよびこのコアを取り囲む２つのクラッド層を有する光ファイバが、例えば、特許文献１から４に開示されている。

【0005】

二重クラッド型光ファイバは、１０から１００ワットの光パワーを提供する光源を利用する必要のある用途において用いられてきた。何故ならば、二重クラッド型光ファイバは、単一クラッド型光ファイバよりも、ポンプにより提供される光パワーを維持／利用する効率がよいからである。この高効率は、光ポンプパワーのクラッドからコアへの結合をファイバが利用することによるものである。より詳しくは、希土類がドープされた二重クラッド型光ファイバは、光ポンプから内側クラッド中に光を受光し、次いで、光ファイバの長手方向に沿って、その光を、コアと内側クラッドとの界面を通して希土類ドープトコアに伝達する。それゆえ、光ファイバは、内側クラッドを通って伝搬したマルチモード光の大半を、このポンプ光を希土類がドープされたコアに結合させることによって、より長い波長でシングルモード出力に変換する。

【0006】

二重クラッド型光ファイバの内側クラッドは、外側クラッドよりも高い屈折率を有し、それゆえ、ポンプエネルギーは、内側クラッド内に閉じ込められ、コア中に再度向けられる。この光ファイバは、コア中に希土類ドーパントが存在するために光学的に活性であり、そのドーパントは、光ファイバが強力な光ポンプによってポンピングされたときに、より高い電子エネルギーレベルに励起され得る。クラッドのポンピングは、ファイバ増幅器内で利用できるか、またはそれを使用して、ハイパワーのシングルモードファイバポンプレーザを構築できる。

【0007】

二重クラッド型レーザにおいて、光ファイバの外側クラッドは、光ファイバのマルチモード内側クラッド内の光ポンプにより提供されるポンプ光を閉じ込める。光ファイバのコアのずっと小さい断面積は典型的に、シングルモードの出力信号中にレージング能力を提供するために、少なくとも１種類の希土類元素、例えば、ネオジムまたはイッテルビウムがドープされる。一般に、ネオジムまたはイッテルビウムがドープされた二重クラッド型ファイバは、単一横モードの出力（それぞれ、１０６０ｎｍのネオジム４レベル遷移または１３０３ｎｍ〜１１２０ｎｍのイッテルビウム４レベル遷移）を生成するために１つまたはいくつかのハイパワー広範ダイオードレーザ（８００ｎｍまたは９１５ｎｍで）によりポンピングされる。それゆえ、従来の二重クラッド構成により、ポンプエネルギーを受けて、デバイスの長手方向に沿ってコアにポンプエネルギーを伝達するためのマルチモード内側クラッドを用いたファイバのポンピングが容易になる。二重クラッドレーザ出力は、カスケード式ラマンレーザをポンピングして、波長を、エルビウムをポンピングするのに適した１４８０ｎｍ辺りに変換するために使用しても差し支えない。

【0008】

全ガラスのＹｂドープト光ファイバが公知である。そのようなファイバの例が特許文献５に開示されている。しかしながら、開示されたファイバはハイパワー用途に適していない。何故ならば、このファイバは、外側クラッドの直径およびＮＡが比較的小さく、それゆえ、光ファイバの外側への光漏れのために結合効率が低いからである。すなわち、光の比較的大半は、光ファイバに進入せずに、失われる。これは、少量の光パワーしかファイバ中に結合する必要のない用途において問題ではないであろうが、そのようなファイバは、光源パワーが１００ワット以上であるときのハイパワー用途にとっては効率的ではない。

【0009】

Ｙｂドープト光ファイバは、Ｙｂ濃度が高く（１質量％以上）なるときに、高い量子効率（ＱＥ）および低い量子欠損（ＱＥ）を有するが、そのようなファイバのレーザ効率は、著しく低下する傾向にある。Ｙｂが多量ドープされたファイバ（１質量％より多いＹｂ）に関するレーザスロープ効率は一般に７０％より低い。これにより、ファイバ中に実際的に使用できるＹｂドーパントの量は制限される。さらに、Ｙｂドープトファイバレーザからのハイパワー（１ｋワットより大きい）出力は、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、および自己位相変調などの様々な非線形効果によって、達成しにくくなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許第６４７７３０７号明細書

【特許文献2】米国特許第６４８３９７３号明細書

【特許文献3】米国特許第５９６６４９１号明細書

【特許文献4】米国特許第５９４９９４１号明細書

【特許文献5】米国特許第６４１１７６２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

それゆえ、高効率であり、かつ非線形効果が最小の、ハイパワー光増幅媒体として使用するための光ファイバを得ることが、進行中の開発分野となっている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

定義：
以下の定義および用語法が当該技術分野において通常用いられる。

【0013】

屈折率プロファイル − 屈折率プロファイルは、ファイバの選択部分に亘る屈折率（Δ％）と光ファイバ半径（光ファイバの中心線から測定される）との間の関係である。

【0014】

複屈折 − 複屈折は、２つの偏光モードの有効屈折率間の差である。

【0015】

半径 − ファイバの各セグメントの半径は一般に、使用される材料の屈折率が異なる組成を持つようになる点に関して定義される。例えば、中央コアは、セグメントの最初の点が中心線上にあるので、ゼロの内側半径を有する。中央コアセグメントの外側半径は、導波路の中心線から、正のデルタを有する中央コアの屈折率の最後の点まで引かれた半径である。中心線から離れた最初の点を有するセグメントに関しては、導波路の中心線から最初の屈折率の点の位置までの半径が、そのセグメントの内側半径である。同様に、導波路からそのセグメントの最後の屈折率の点の位置までの半径が、そのセグメントの外側半径である。例えば、中央コアを取り囲むダウンドープされた環状セグメントは、その環状セグメントとクラッドとの間の界面に位置する外側半径を有するであろう。

【0016】

相対屈折率パーセントΔ％ − Δ％という語句は、等式：
Δ％＝１００×（ｎ_i²−ｎ_c²）／２ｎ_i²
により定義される屈折率の相対的尺度であり、ここで、ｎ_iは、ｉと示される屈折率プロファイルセグメントの最大屈折率であり、参照屈折率であるｎ_cは、クラッド層の屈折率にとられる。そのセグメントの全ての点が、クラッドに対して測定された関連屈折率を有する。

【0017】

レーザスロープ効率 − スロープ効率は、ポンプ波長（例えば、約９７６ｎｍ）での入力（吸収された）ポンプパワーに亘るレージング波長（例えば、１マイクロメートル）での出力パワーの比により定義される。

【0018】

本発明によると、光ファイバは、
（ｉ） 第１の屈折率ｎ₁を有するシリカ系の希土類ドープトコアであって、１質量％より多く希土類ドーパントを含み、１１５０ｎｍと１４５０ｎｍとの間に位置する波長で５ｄＢ／ｋｍ未満の、１３８０ｎｍ近くの波長で２０ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を、０．７（７０％）を超えるスロープ効率を有するコア、および
（ｉｉ） コアを取り囲み、ｎ₁＞ｎ₂である第２の屈折率ｎ₂を有する、少なくとも１つのシリカ系クラッド、
を含む。

【発明の効果】

【0019】

本発明の光ファイバの利点の１つは、非常に高い利得を生成する能力、すなわち、（ｉ）高効率（０．７（７０％）を超えるレーザスロープ効率）、および（ｉｉ）低いコア減衰（すなわち、低損失）を有しながら、ハイパワーレーザまたは光増幅器に使用できる能力である。ハイパワーレーザまたは光増幅器は、ＳＢＳ閾値を、例えば、２または３倍以上、上昇させながら、希土類ドーパントの濃度がより低いファイバと比較して、このファイバの使用する長さをより短くできる。本発明の光ファイバの別の利点は、高利得ファイバおよびＳＰファイバの両方として機能するので、利得ファイバおよび単一偏波ファイバを共に接続する必要がなくなり、それによって、２つのファイバを共に接続することに関連する作業と費用をなくしながら、接続損失、ファイバ長さ全体を減少させる。さらに、本発明による光ファイバの高いＹｂ濃度により、有利なことに、使用するファイバの長さを短くすることができ、それゆえ、ＳＲＳ、ＳＢＳおよびＳＰＭなどの非線形効果の影響を著しく減少させることができる。

【0020】

本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】本発明のファイバのある実施の形態の断面図

【図1B】本発明の別の実施の形態の断面図

【図2】ファイバの断面に亘る、本発明の例示の光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフ

【図3】ファイバの断面に亘る、本発明の例示の別の光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフ

【図4】図１Ａおよび１Ｂの光ファイバの例示のコア組成を示すグラフ

【図5A】ＭＣＶＤ法により製造されたＹｂドープト光ファイバの受動的コア損失対波長を示すグラフ

【図5B】本発明のある実施の形態によるＯＶＤ法による図１Ｂの光ファイバの受動的コア損失対波長を示すグラフ

【図6】図１Ｂの光ファイバに関する出力パワー対実施したポンプパワーのグラフ

【図7】ファイバ長を減少させることによってＳＢＳ閾値パワーを上昇させる実例を示すグラフ

【図8】ＡｌＣｌ₃供給機構を示す概略図

【図9】アルゴンガス供給（下側の曲線）および加熱ヘリウムガス供給（上側の曲線）から得られるプリフォーム内のＡｌ₂Ｏ₃濃度を示すグラフ

【図10】コアの光ファイバプリフォーム内のＹｂ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃濃度を示すグラフ

【図11】コアのスートプリフォームの形成を示す概略図

【図12】スートプリフォームのガラスプリフォームへの固結を示す概略図

【図13】例示のファイバの内側クラッドのバックグラウンド損失を示すグラフ

【図14】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられるコアケインを示す斜視図

【図15】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられるコア・クラッドケインを示す斜視図

【図16】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられる溝付きケインを示す斜視図

【図17】図１６の溝付きケインが挿入されたガラス管を示す断面図

【図18】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられる例示の固結プロセスを示す概略図

【図19】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられる再線引き塔を示す概略図

【図20】シリカスートを有するシリカ管オーバークラッドを含むプリフォームサブアセンブリを示す断面図

【図21】（必要に応じて）機械加工されたコア／内側クラッドブランクを示す断面図

【図22】コア／内側クラッドブランクが、図２１に示すように必要に応じて機械加工され、シリカ系の外側クラッド材料でオーバークラッドされた後の固結済みブランクを示す断面図

【図23】図１Ａおよび１Ｂのファイバを製造するために用いられる、ファイバを線引きするプロセスを示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0022】

ここで、その実施例が添付の図面に示されている、本発明の現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。可能であればいつでも、同じまたは同様の部品を参照するために、図面を通じて同じ参照番号が用いられる。本発明による二重クラッド型単一偏波光ファイバのある実施の形態が、概略的に図１Ａに示されており、概して全てを通じて参照番号１０により指定されている。図１Ａに示された光ファイバ１０は、第１の屈折率ｎ₁を有するＹｂが多量ドープされたシリカ系コア１２；およびコア１２を取り囲み、ｎ₁＞ｎ₂となるように第２の屈折率ｎ₂を有する第１のシリカ系クラッド１４を備えている。コア１２中のＹｂ濃度は１質量％より大きい。保護コーティング１８（図示せず）がクラッド１４を取り囲む。

【0023】

本発明による二重クラッド型単一偏波光ファイバの別の実施の形態が概略的に図１Ｂに示されている。図１Ｂに示された光ファイバ１０は、第１の屈折率ｎ₁を有する、希土類がドープされた細長いシリカ系コア１２；コア１２を取り囲み、ｎ₁＞ｎ₂となるように第２の屈折率ｎ₂を有する第１のシリカ系クラッド１４（内側クラッド）；および第１のクラッドを取り囲み、第３の屈折率ｎ₃を有する、随意的なシリカ系外側クラッド１６を備えている。この実施の形態において、内側クラッド１４は、このファイバに単一偏波または偏波保持特性を提供するために、好ましくはコア１２の正反対の側に位置し、ファイバ１０の長手方向に亘りコア１２に沿って延在する、少なくとも２つの空気孔２４，２６を含む。空気孔２４，２６は、図１Ｂに示された線Ａ−Ａに沿って内側クラッド１４の有効屈折率を減少させ、このファイバの単一偏波特性を向上させるかまたは可能にする。この空気孔２４，２６は随意的であり、それらがないと、ファイバ１０は、活性（すなわち、利得）ファイバとして働くが、単一偏波または偏波保持特性を示さない。コア１２、内側クラッド１４および外側クラッド１６は、ガラスから作られている。保護コーティング１８が外側クラッド１６を取り囲んでいる。上述したように、ファイバ１０が、クラッド１４を１つしか持たないように設計されている場合、保護コーティング１８はクラッド１４を取り囲む。しかしながら、二重クラッド型ファイバ構造が好ましい。何故ならば、その構造により、希土類ファイバコア１２のより効率的なポンピングが可能になるからである。外側コーティング１８は、例えば、典型的に、より軟らかい第１コーティングおよび第１コーティング上に施されるより堅い第２コーティングを含む有機コーティングであってよい。

【0024】

この実施の形態において、シリカ系コア１２にはＹｂがドープされている。コア１２はまた、少なくとも１種類の屈折率上昇ドーパントを含んでもよい。外側クラッド１６はさらに、ｎ₂＞ｎ₃となるように、屈折率低下ドーパントを含むことが好ましい。内側クラッドの直径Ｄ_INは、少なくとも１２５μｍであることが好ましく、少なくとも２００μｍがより好ましい。内側クラッドの直径Ｄ_INが少なくとも２２５μｍであることがさらにより好ましく、少なくとも２５０μｍが最も好ましい。本出願の出願人等は、光ファイバの厚い内側クラッド１４および全ガラス構造が相乗作用して、光ファイバを高エネルギー源に結合させることが可能になり、光ファイバを損傷せずにハイパワーをコアに結合させ、その一方で、２つの空気孔によりこのファイバが単一偏波ファイバになる。空気孔のサイズは、ファイバコアの所望のサイズ（短径）に応じて、様々であってよいが、直径が７から２０μｍであることが好ましい。

【0025】

外側クラッド１６は比較的薄く、その壁厚は８０μｍ未満、好ましくは約５μｍおよび３５μｍの間であることが好ましい。外側クラッド１６の壁厚が約１０μｍから２５μｍであることが最も好ましい。ファイバコア１２の直径Ｄ_Cが約５μｍから２０μｍであり、内側クラッドの直径Ｄ_INが約１２５μｍから２０００μｍ、より好ましくは約１２５μｍから１５００μｍであることが好ましい。Ｄ_INが約１２５μｍから３５０μｍであることがさらにより好ましい。外側クラッドの直径（Ｄ_OUT）が約１４５から２１００μｍであることが好ましく、約１４５から５００μｍがより好ましい。内側クラッド１４が円形断面を持たない場合、Ｄ_INは、内側クラッドの断面の一方の側から、その断面の反対に位置する側までの最も小さい距離として定義される。外側クラッド１６は円形でなくてもよいことにも留意されたい。外側クラッド１６が円形ではない場合、Ｄ_OUTは、外側クラッドの断面の一方の側から、その断面の反対に位置する側までの最も小さい距離として定義される。内側クラッド１４の断面積が、コア１２の断面積より少なくとも２００倍大きいことが好ましい。

【0026】

この実施の形態によれば、ファイバのコア１２は、質量パーセントで表して、
希土類 １質量％を超える、
Ａｌ ０．５から１５質量％、
Ｇｅ ０．１から１５質量％、
Ｆ ０から１質量％、
を含有する。

【0027】

ファイバコア１２中の希土類ドーパントＹｂは、１質量％を超える高活性イオン濃度を有するが、それでもまだ、０．７（７０％）を超える、好ましくは０．７５（７５％）を超える、さらにより好ましくは０．８（８０％）を超える、最も好ましくは０．８５（８５％）を超えるスロープ効率の、レージング作用のための高効率利得を可能にする。スロープ効率は、９７６ｎｍ辺りのポンプ波長で入力（吸収）ポンプパワーに亘り約１マイクロメートルのレージング波長での出力パワーの比である。コア１２中の希土類ドーパントの量が１．０５から３質量％であることが好ましい。屈折率上昇剤として、リンを加えてもよい。しかしながら、リンが多すぎる（１０％以上）と、誘導ラマン散乱／欠陥の形成により非線形性が与えられ、これはレージング作用を阻害するかもしれない。クラスタ分離剤として、アルミニウムをコアに加えてもよい（例えば、好ましくはＡｌ対Ｙｂが３：１から５：１の比率で、Ｙｂをクラスタ分離する）。コア１２は、屈折率上昇ドーパントであるゲルマニウム、および／または屈折率低下ドーパント並びにクラスタ分離剤であるフッ素を含んでもよい。

【0028】

コア１２の好ましい組成範囲は、質量パーセントで表して、
希土類 １．０５から２質量％、
Ｐ ０から２質量％、
Ａｌ ２から１０質量％、
Ｇｅ ３から１５質量％、および
Ｆ ０．１から０．５質量％、
である。Ｙｂドープトコア１２は、１．０３〜１．１１マイクロメートル範囲でレーザ用に使用できる。

【0029】

高ＮＡを提供するために、内側クラッド１４は５質量％から３０質量％のＧｅを含有することが好ましい。内側クラッドが５質量％から２０質量％のＧｅを含有することがさらにより好ましい。５質量％から１０質量％のＧｅが、多くの用途にとってうまく作用することに留意されたい。

【0030】

外側クラッド１６の屈折率低下ドーパントが、質量パーセントで表して、以下の量でフッ素および／またはホウ素を含むことが好ましい：
Ｆ ０．５から５質量％、
Ｂ ０．５から２０質量％
外側クラッド１６に関するドーパントの量は、内側クラッドのＮＡが０．１５から０．５となるように選択されることが好ましい。しかしながら、外側クラッド１６がＢおよび／またはＦの少なくとも一方を含有することが好ましい。Ｂの量が少なくとも３質量％であることが好ましい。外側クラッド１６中に８質量％より多いＢと共に、１質量％より多いＦを有することが好ましく、２質量％より多いＦがより好ましい。外側クラッド１６が５質量％未満のＦ、および１５質量％未満のＢを有することが好ましい。ＢおよびＦの量は、Ｆが２から４質量％、Ｂが３から１５質量％であることがさらにより好ましい。

【0031】

光ファイバの内側クラッド１４は非円形であってもよい。非円形の内側クラッド１４の利点は、非円形形状によって、光ポンプパワーのコア１２中への吸収が改善されることである。細長いコア１２は、内側クラッドの幾何学中心に位置していても、または内側クラッドの幾何学中心から外れていてもよい。

【0032】

光ファイバコア１２は、図１Ｂに示されるように、楕円形であることが好ましいが、円形（図１Ａ参照）であっても、または他の細長い形状を有していてもよい。図１Ｂに示されるように、少なくとも２つの（随意的な）空気孔２４，２６が、コアに隣接し、内側クラッド１４内に少なくとも部分的に位置している。細長い（楕円形）コア１２は、空気孔２４，２６と共に、このファイバを単一偏波（ＳＰ）ファイバにする。楕円形コア１２のアスペクト比（長径の短径に対する比）は、少なくとも１．５：１であることが好ましく、２：１と１０：１の間であることがより好ましい。何故ならば、これらのアスペクト比により、コア１２の複屈折が改善されるからである。円形コアを有し、空気孔を持たないファイバは、レーザまたは増幅器ファイバとして使用するのに適しているが、単一偏波は示さない。

【0033】

コアデルタは、１％Δ未満、好ましくは０．５％Δ未満である。コア１２の開口数ＮＡは、０．０５（ハイパワーレーザ用途について）と０．２５（低パワー用途について）の間である。コア１２の開口数ＮＡは、（ｎ₁²−ｎ₂²）^1/2として定義され、ここで、ｎ₁はコア１２の屈折率であり、ｎ₂は内側クラッド１４の屈折率である。

【0034】

シリカ系内側クラッド１４は、図１Ａに示されるように（コアが中心から外れて位置することが好ましい）、円形外周、または非円形外周を有していてよい。内側クラッド１４の開口数ＮＡは、（ｎ₂²−ｎ₃²）^1/2として定義され、ここで、ｎ₃は外側クラッド１６の屈折率である。内側クラッドは、０．１５と０．４５の間の開口数ＮＡを有することが好ましく、０．３と０．４の間がより好ましい。

【0035】

一般に、ファイバレーザまたは増幅器において使用できる二重クラッド型構造体は、２つのクラッドを含む。第１の（内側）マルチモードクラッドは、マルチモードポンピングコアとして機能する。内側クラッド１４はコア１２に隣接し、第２の（外側）クラッド１６は第１のすなわち内側クラッド１４を取り囲む。コア１２は、コアレージング波長でシングルモードまたはマルチモードのいずれであってもよい。内側クラッド１４は、入力（ポンピング）光に関して高い開口数ＮＡを有する導波路としての機能を果たす。すなわち、内側クラッドは励起キャビティ(pump cavity)としての機能を果たす。内側クラッドの直径が大きいほど、より多くのポンプ光が光源から内側クラッド中に結合される。第１のマルチモード内側クラッドの断面（Ｄ_INは内側クラッドの短い方の寸法である）は、所望の形状、例えば、ポンプ源の近距離形状(near-field shape)に適合した形状を有するように、もしくは光源から内側クラッドへの（ポンプ）光の結合効率を増加させる任意の他の形状を有するように設計されていてもよい。内側クラッドの開口数は、レーザダイオードなどの光源の出力を捕捉するのに十分に高くなければならない。半導体レーザ技術における最近の進歩により、光源内に組み込まれた中間ファイバに結合された個々のまたはアレイ化された広域レーザダイオードを利用した光源の形成が導かれた。この光源の出力パワーは、中間ファイバの出力端において９７６ｎｍで１５０ワットより大きい。中間ファイバの直径および光源のＮＡは、それぞれ、２００μｍおよび０．２２ＮＡである。しかしながら、本発明を用いて、Ｙｂが多量ドープされた（１質量％より多いＹｂ）、単一クラッド型シリカ系ファイバを製造してもよい。

【0036】

次いで、この光源からの光は、高ＮＡおよび大開口レンズを介して、二重クラッド型光ファイバに結合される。この手法により、８５〜９０％の結合効率が得られる。

【実施例】

【0037】

本発明を、以下の実施例によりさらに明確にする。

【0038】

実施例１
図２および３は、図１Ｂの例示の光ファイバの相対屈折率プロファイルを概略的に示している。より詳しくは、図２および３は、コアの中心から測定された距離に対する光ファイバの屈折率のパーセントデルタ（純粋なシリカの屈折率に対する）を示している。図２は、例えば、図１Ｂに示されたファイバの線Ｙ−Ｙに沿った、空気孔を含まない領域に亘りとられた屈折率プロファイルを概略的に示している。図３は、同じファイバであるが、空気孔２４を含む領域（例えば、図１Ｂに示されたファイバの線Ａ−Ａに沿った）に亘りとられた屈折率プロファイルを概略的に示している。

【0039】

図４は、図１Ａおよび１Ｂに示された光ファイバの例示のコア組成を示している。Ｙｂドープトファイバコア１２は、１μｍより大きい波長に関してシングルモードである。光ファイバ１０は、コア１２に関して比較的低いＮＡ（約０．０６５）を、内側クラッド１４に関して高いＮＡ（０．３０）を有する。（ＮＡは、（ｎ_i²−ｎ_i+1²）^1/2により定義される。）この内側クラッドのＮＡは、ポンプ源のＮＡより高く、９０％以上のポンプ光に関する高い結合効率が可能になることが好ましい。小さなコアのＮＡ（０．０６５）により、大きなコアサイズ（直径が１０．５マイクロメートル）で、１μｍでのシングルモード動作が可能になる。ファイバをさらに曲げることによって、５０μｍに高いコアサイズについて、シングルモード動作がさらに達成できる。コアＮＡがより高い（例えば、０．１３）場合、コアの直径は、シングルモードであるために、実質的により小さく（例えば、約５マイクロメートル）なければならないであろう。コアの直径がより大きく、コアＮＡがより低いことにより、コア１２が、高輝度出力についてシングルモードのままであることができる一方で、コアが、内側クラッドからより多くのポンプパワーを得ることが可能になり、また非線形効果からの減少した影響により、ファイバパワー取扱能力が増加する。この例示の光ファイバのコアに関する特定の組成は：コア１２：１．２質量％のＹｂ₂Ｏ₃；３質量％のＡｌ₂Ｏ₃；１２質量％のＧｅＯ₂；０．２質量％のＦ；内側クラッド１４：８．５質量％のＧｅＯ₂；内側クラッド１６：８質量％のＢおよび２．７質量％のＦ。

【0040】

ＭＣＶＤプロセスにより製造されたＹｂドープトファイバ（約１．０質量％）の受動的損失が図５Ａに示されている。ＭＣＶＤファイバプロセスにより製造された典型的な高Ｙｂドープトファイバは、いくつかの例示の高不飽和吸収により明示された、重大なレーザ効率問題を被る。不飽和吸収は、ポンピング波長により異なることが分かっており、最悪は、９７６ｎｍでのＹｂ吸収ピークにポンピングされる。このことは、ファイバコア中に存在する不純物および／または欠陥色中心のせいであろう。これらの不純物および欠陥は、一般に、Ｙｂ溶液ドープトＭＣＶＤファイバ中に存在し、図５Ａに示されるような高いバックグラウンド損失に関連している。より詳しくは、図５Ａは、約１１５０ｎｍの波長で約２０ｄＢ／ｋｍの損失を、１２００ｎｍと１３５０ｎｍの間の波長範囲で約１０ｄＢ／ｋｍ以上の損失を、ＯＨバンド（約１４００ｎｍ）で４０ｄＢを超える損失を示している。

【0041】

ＯＶＤプロセスにより製造される二重クラッド型ファイバは、高効率でハイパワーのファイバレーザ装置に使用するのに特に適している。図４および５Ｂは、図１Ｂの光ファイバに相当する。より詳しくは、図５Ｂは、低い受動的損失、例えば、図１ＢのファイバのＹｂドープトコア中で達成される１．５ｄＢ／ｋｍを示している。コアの受動的損失（バックグラウンド損失とも称される）は、Ｙｂなどの活性ドーパントからの吸収効果なしでのコア材料からの固有の損失である。より詳しくは、図５Ｂは、本発明のある実施の形態による高Ｙｂドープトファイバの低損失特徴を示している。このファイバは、図５ＡのＹｂドープトＭＣＶＤファイバにおける一般に１０ｄＢ／ｋｍの最小損失よりもずっと低い約１．５ｄＢ／ｋｍの最小損失を有する。図５Ｂに相当するＯＶＤファイバにおけるＯＨレベルは、１３８０ｎｍで約１ｄＢ／ｋｍであり、ＭＣＶＤファイバにおける約４０ｄＢ／ｋｍのＯＨレベルよりもずっと低い（図５Ａ参照）。ＭＣＶＤファイバにおける高いバックグラウンド損失は、高不純物および／または欠陥色中心の含有量を示している。ＭＣＶＤファイバにおいて、これらと高水レベルが合わさり、飽和不能な吸収として見られるエネルギー漏れチャンネルを形成することによって、ファイバの低レーザＱＥのきっかけになり得る。

【0042】

図６は、高Ｙｂ濃度（１．２質量％）のＯＶＤ製造シングルモードファイバからの約８６％のレーザスロープ効率の高効率動作を示している。より詳しくは、図６は、出力パワー（ワット）対吸収入力（ポンプ）パワー（ワット）のグラフである。光ポンプ波長は９７６ｎｍである。出力波長は１μｍが中心である。光ポンプは、ファイバに結合した半導体レーザダイオードバー（Ｇａ−Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ）である。この光ポンプからの出力を、図１Ｂの二重クラッド型光ファイバの内側クラッド１４中に送り込んだ。我々の知る限りでは、図６に示された効率は、これまでに公表されたどのＹｂドープトファイバの中でも最高の内である。それゆえ、このＯＶＤ製ファイバは、その高いＹｂ濃度にもかかわらず、妥協のないレーザ効率を提供し、より短いファイバ長をファイバレーザに効果的に使用できるようにする。このファイバは、良好なパワー取扱能力を有し、１００ワットを超える光（ポンプ）出力を提供する光源でうまく動作する。この実施例の光ファイバ１０は、約８ｄＢ／ｍ（コア／内側クラッドの比が３０／４００であるとき）までの単位長さ当たりの吸収（内側クラッド中でポンプパワーを送るときの）を有する。図１Ｂの光ファイバは、コア１２のサイズ（短径に沿った）に応じて、２０ｎｍから４０ｎｍの単一偏波を有する。

【0043】

Ｙｂ蒸気ドーピングＯＶＤプロセスにより実現された高効率の高Ｙｂ濃度のファイバにより、ファイバ非線形プロセスのパワー閾値を上昇させるために、より短いファイバ長さが実際的に使用可能になる。図７は、閾値パワー（Ｗ）対ファイバ長のグラフである。この図は、ファイバ長が減少すると、ＳＢＳ閾値パワーが上昇することを示している。例えば、約１０メートルかそこらの本発明の現在の二重クラッド型ファイバ設計からファイバ長を５メールまで短くすると（高Ｙｂドーピングにより可能になる）、ＳＢＳ閾値パワーが３倍より大きく上昇する。

【0044】

ファイバを製造するためのプロセス
図１Ａおよび１Ｂのファイバは、外付け（ＯＶＤ）法により製造される。ＯＶＤ法は、スートプリフォームを製造するために、所望の蒸気成分（シリカおよび所望のドーパントを含む）を火炎中で酸素と反応させて、心棒上にスート粒子を堆積させることによって、光ファイバを製造する方式である。次いで、心棒を取り外した後、このスートプリフォームを、高温炉内で中実ガラスに固結させる。コア／内側クラッド／外側クラッドの組成物は、スートプリフォーム形成プロセスにおいて各層について異なる蒸気成分を使用することによって得られる。最初に、コアプリフォームを生成し、次いで固結させ、その後、コア／内側クラッドプリフォームの生成および固結を行い、さらにその後、外側クラッド外付け法と別の固結工程を行う。次いで、最終的なプリフォームを公知のファイバ線引き法によって、単一または二重クラッド型単一偏波光ファイバ１０に線引きする。

【0045】

より詳しくは、以下の工程を利用して、図１Ｂの希土類がドープされた二重クラッド型単一偏波ファイバを製造する。

【0046】

１．コアケインの形成 コアケインを最初に形成する。コアは、例えば、標準的なＯＶＤ法により製造する。コア材料を、付着堆積工程中に心棒上に堆積させる。ファイバコアケインを製造するのに使用される蒸気前駆体材料の例には、Ｙｂ（ｆｏｄ）₃、ＡｌＣｌ₃、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄およびホウ酸トリエチルがある。Ｙｂに加えてか、またはＹｂの代わりのいずれかで、他の希土類材料を使用してもよい。コア堆積プロセス中、均一なＡｌＣｌ₃気相供給を行った。これは、図８に概略的に示されているＡｌＣｌ₃供給のための搬送ガス３０として加熱された不活性ヘリウム（アルゴンガスの代わり）を使用することによって行った。固体のＡｌＣｌ₃が蒸気（気）相に変わるときに、多量の熱が消費される。ヘリウムガスは、高い熱伝導率を有し、ＡｌＣｌ₃に熱を効果的に伝達し、ＡｌＣｌ₃の蒸気圧を一定に維持する。ヘリウムガスが１５０℃から１８０℃の範囲内の温度で提供されることが好ましい。図８に示されるように、加熱されたヘリウムガスは、Ｈｅガスヒータ３２によって、ＡｌＣｌ₃含有容器５２を収容しているオーブン５０に提供される。比較的高いヘリウムガスの温度は、ＡｌＣｌ₃含有容器５２を約１４０℃〜１６０℃の一定温度に維持するのに役立つ。この実施例の光ファイバを製造するために、ヘリウムガスをヒータ３２により１６８℃に加熱し、容器５２の温度を１４５℃に一定に維持した。容器の温度が高いと、プリフォーム中のＡｌの濃度が高くなる。その上、ヘリウムガスの流量も、コアドーピングプロセス中ずっと、最も均一な供給のために調節した。この実施例において、供給には、１０％の流量勾配（リットル／分）が用いられる。（コアとクラッドの全ての他のドーパントについて、その後の通過に流量を増加させた）加熱されたヘリウムガスは、ＡｌＣｌ₃蒸気を、加熱ガスライン５４を介して火炎バーナ（ガスバーナ）５６に搬送する。この実施例のコアプリフォームを製造するために、１００回通過させるコア堆積プロセスは、１．２リットル／分（１回目の通過）で始め、１．６５リットル／分（１００回目の通過後）で終わらせ、スートプリフォームコアにおいて約２ｍｍから３ｍｍの厚さが得られた。加熱ヘリウムに基づくＡｌＣｌ₃供給は、ファイバコアを形成するためだけではなく、その層に均一にＡｌをドーピングすることが望ましい場合、他のファイバ層（例えば、クラッド）にＡｌをドーピングするために、使用してもよい。さらに、加熱ヘリウム支援供給は、これも吸熱性（すなわち、熱吸収性）である、ＡｌＣｌ₃以外の材料に用いてもよい。ＡｌＣｌ₃のヘリウムガス供給の代わりアルゴンガス供給を用いてもよいが、ＡｌＣｌ₃のヘリウムガス供給により、Ａｌ₂Ｏ₃濃度の均一性がより良好になる（図９参照）。Ａｌ₂Ｏ₃の存在は、コア内の希土類ドーパントのクラスタ分離に役立つので、Ａｌ₂Ｏ₃はコア層中に均一に分布されることが好ましい。これにより、消失効果が減少することによって、高レーザ／増幅器効率が得られる。この供給プロセスは、比較的高い屈折率（すなわち、シリカより高い）を有するファイバ層が必要とされるときに、Ａｌドープト（例えば、Ｇｅを置換するために）伝送ファイバ（すなわち、コア中に希土類ドーパントを含まないファイバ）に使用することができる。

【0047】

図１０に示されるように、ＡｌＣｌ₃の加熱ヘリウム供給により、プリフォームコア全体に亘りＹｂとＡｌが非常に均一に分布し、それにより、ファイバコア１２内のＹｂとＡｌの濃度が均一になる。より詳しくは、コア中のＡｌ₂Ｏ₃濃度の結果として生じる変動は、特に３質量％を超える最大Ａｌ₂Ｏ₃濃度について、２質量％未満、好ましくは０．５質量％未満、より好ましくは０．２５質量％未満である。また、任意の所定のファイバ層（例えば、コア、クラッドなど）中のＡｌ₂Ｏ₃濃度の最大質量％対最小質量％の比が、特に３質量％を超える最大Ａｌ₂Ｏ₃濃度について、２：１未満、好ましくは１．５：１未満、より好ましくは１．２：１未満、さらにより好ましくは１．１：１未満であることも好ましい。

【0048】

Ｙｂ蒸気供給は、１５ｓｌｐｍ（標準リットル毎分）まで、好ましくは１０〜１２ｓｌｐｍの流量でアルゴンガスにより搬送され、１５０〜１８５℃、好ましくは１６５〜１８５℃、より好ましくは１７０〜１８０℃の温度範囲において有機金属Ｙｂ（ｆｏｄ）₃を加熱することによって行われ、約１．０１質量％から３質量％のＹｂ₂Ｏ₃濃度を有するスートプリフォームコアが得られる。この実施例の光ファイバ１０を製造するために、１７３℃のＹｂ（ｆｏｄ）₃含有容器温度を用いて、１質量％より大きいＹｂ₂Ｏ₃濃度を達成した。他の材料の供給は、１００℃未満の温度で従来の酸素供給により行われる。

【0049】

より詳しくは、本発明のある実施の形態によれば、Ｙｂ（ｆｏｄ）₃、ＡｌＣｌ₃、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄およびＧｅＣｌ₄がガスバーナ５６に供給される（図１１参照）。ガスバーナ５６は、約２０００℃の温度で動作する。各コア（またはクラッド）段階に関して供給される所定の量の様々な気相材料は、バーナ５６に供給される酸素により搬送され、バーナ火炎５８内で反応し、ここで、所望のガラススート粒子が形成される。次いで、スート粒子は、熱泳動機構によって、回転している心棒５９またはコアケイン６０上に堆積して、指定のスートプリフォーム６２が得られ、これは、Ｙｂドープトシングルモードコアを有する単一偏波ファイバを製造するのに用いられる。

【0050】

コアスートプリフォーム層が付着堆積され、スートプリフォーム６２が室温まで冷却された後、心棒５９がコアスートプリフォーム６２の中心から取り外される。次いで、コアスートプリフォーム６２が固結（中実ガラスに緻密にされる）されて、中実ガラスプリフォーム６２ａとなり、これがコアケイン６２ｂに線引きされる（図１２および１４参照）。

【0051】

本願の出願人等は、固結中の高温および高速下方供給速度を適切に選択すると、得られる中実ガラスプリフォームにおける結晶形成が少なくなり、これにより、受動的（バックグラウンド）損失が非常に低い光ファイバが得られ、Ａｌドープトブランクに関連する従来の二重再線引きプロセスが省かれることを発見した。より詳しくは、スートプリフォーム６２は、得られるファイバコアのバックグラウンド損失が、１２８０ｎｍの波長で、８ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは３ｄＢ／ｋｍ未満となるように、結晶化を十分に最小にするような速度と温度で炉に対して下方供給される。図１２に示されるように、「コア」スートプリフォーム６２は、高温（１４００℃から１６００℃）炉６４内で中実ガラスプリフォーム６２ａに固結される。固結中の炉の温度が１５００℃から１６００℃であることが好ましく、１５３０℃から１５８０℃がより好ましい。この実施の形態の光ファイバ１０を製造するために、１５５０℃の炉の温度を使用した。１５００℃未満の温度について、プリフォームガラスは結晶を形成し、結晶化の量は、炉の温度が１５３０℃より高くなると、著しく減少することが分かった。炉内にある間、スートプリフォーム６２は、７ｍｍ／分以上の速度で炉６４に対して動かされる（例えば、下方供給される）。この速度が１２ｍｍ／分から１８ｍｍ／分であることが好ましい。スートプリフォームを下方供給する代わりに、スートプリフォームを定位置に保持し、代わりに炉を動かしてもよいことに留意されたい。それゆえ、スートプリフォームが炉に対して動かされることを明記することによって、本願の出願人等は、スートプリフォームと炉との間のどのような相対運動も網羅することを意図している。一般に、炉の温度が高いほど、炉とスートプリフォームとの間の相対運動の速度を速くすることが推奨される。

【0052】

上述した高固結温度および高下方供給速度により、得られる光ファイバ１０は、８ｄＢ／ｋｍ未満のコアのバックグラウンド損失を有する。より詳しくは、光ファイバは、５ｄＢ／ｋｍ未満のコアのバックグラウンド損失を示す。この実施例において、コアのバックグラウンド損失は、３ｄＢ／ｋｍ未満である。コアのバックグラウンド損失は、外側クラッドのない（シングルモード）光ファイバを製造し、このファイバのバックグラウンド損失を測定することによって測定した。

【0053】

コアスートプリフォーム６２は、クラッド形成プロセスが完了した後に、０．０６から０．１％のコアデルタを有するファイバを製造するのに十分な量のＧｅを有する。コアスートプリフォーム６２を上述したように固結した後、これはコアケイン６２ｂに線引きされる。コアケイン６２ｂは、長さ１メートル、直径約８ｍｍであることが好ましい。コアケイン６２ｂが図１４に概略的に示されている。

【0054】

２．第１のクラッドブランクの形成 コアケイン６２ｂをシリカスートでオーバークラッドして、コア／クラッド（スート）ブランク（ここでは、第１のクラッドブランク６３と称される）を形成する。次いで、第１のクラッドブランクを固結して、ケイン６３ａを形成する。第１のクラッドブランク６３は、０．４から０．６のコア対第１のクラッドの直径の比を有する。ケイン６３ａは、直径約４２ｍｍである。ケイン６３ａが、図１５に概略的に示されている。

【0055】

あるいは、コアケイン６２ａの周りにシリカスリーブを配置することによるスリーブ付けプロセスを用いて、ケイン６３ａを形成してもよい。

【0056】

３．溝付きケインの形成 ケイン６３ａは、光ファイバ１０のコア１２と第１のクラッド層１４に対応する部分１１２，１１４を含む。ケイン６３ａは、長さが約１メートルで、直径が約８ｍｍであることが好ましい。次いで、溝５４をケイン６３ａの正反対の縦側面に幅約６．４ｍｍ、深さ約８から１０ｍｍ切り込み、それによって、溝付きケイン６３Ｂを形成する（図１６参照）。溝の深さは、第１のクラッド層の厚さに依存するが、図１６に示されるように、その底部が部分１１２（ファイバコア１２に相当する）と実質的に隣接するようなものであるべきである。溝付きケイン６３Ｂは、どのような研削残留物も取り除くために約３０分間に亘りＨＦエッチングされ、次いで、適切なサイズのケイン（約８ｍｍの外径）に再線引きされる。

【0057】

次いで、溝付きの再線引きされたケイン６３Ｂは、図１７に示されるように、シリカスート６７がオーバークラッドされた（例えば、約８００〜１０００グラム）１メートル長のシリカ管またはスリーブ６５中に挿入されて、プリフォームサブアセンブリ７０が形成される。スリーブ６５上のシリカスート６７のオーバークラッドは、外付け（ＯＶＤ）法により製造されることが好ましい。例示のシリカ管６５は、約８．８ｍｍの内径、およびシリカスート６７の層を支持する約１１．８ｍｍの外径を有する。スートを担持しているシリカ管は、エッチングされ再線引きされたケイン６３Ｂの管６５中への挿入前に、化学溶剤またはアルコール（例えば、ＩＰＡ）により、外側と内側の両方が洗浄される。必要であれば、プリフォームサブアセンブリ７０内の２つの孔２４，２６をＨＦでさらにエッチングして、それらの孔を拡大してもよい。

【0058】

次いで、図１７のプリフォームサブアセンブリ７０を図１８に示されるような従来の固結プロセスにしたがって、Ｃｌ₂の雰囲気中の固結炉６４内で最初に乾燥させ、次いで、Ｈｅ含有雰囲気中の固結炉内で固結して、固結済みプリフォーム７０Ａを製造することによって、固結する。次いで、固結済みプリフォーム７０Ａを、図１９に示されるように、再線引き塔７４中に挿入する。好ましい下方供給速度は約７ｍｍ／分である。加熱素子７５によりプリフォーム７０Ａに熱を加え、このプリフォームを張力印加ホイール７６によって、約７〜８ｍｍの直径のケイン７８へと下方に線引きする。再線引きプロセス（プリフォームからより小さい直径のケインへの線引き）が行われている間に、孔２４，２６を閉じなくするのに十分な正圧（約１ｐｓｉ（約６．９ｋＰａ））をその孔に印加する。この正圧は、中心コアがわずかに細長くなるのに十分であってもよい。使用される正圧は、他の要因の中でも、線引き温度、ガラスの粘度、および線引き速度の関数である。

【0059】

今では楕円形状の中心コア１１２および空気孔２４，２６を有するこのケイン７８は、図２０に示されるように、約１０００グラムのシリカスート６７Ａでオーバークラッドされた１メートル長のシリカ管６５Ａ中に再度挿入されて、プリフォームサブアセンブリ７０Ｂが形成される。このプリフォームサブアセンブリ７０Ｂは、これまでと同じ様式で固結されて、固結済みブランク７０Ｃが形成される。この固結済みブランク７０Ｃは、光ファイバ１０のコアと内側クラッド部分の基部を形成する。

【0060】

次いで、固結済みブランク７０Ｃは、必要であれば、所望の形状に機械加工される。内側クラッド層における円対称を壊すことによって、ポンプ光の吸収効率が向上する。機械加工されたコア／内側クラッドのブランク７０Ｄが図２１に概略的に示されている。機械加工済みブランク７０Ｄを、例えば、屈折率低下ドーパントを含むＳｉＯ₂によって再度オーバークラッドし、次いで、固結済みブランク７１に固結した。固結済みブランク７１のダウンドープされたシリカ層１１６は、光ファイバ１０の第２の、すなわち外側クラッド１６を形成する。図２２は、例示の固結済みブランク７１を概略的に示している。オーバークラッドにホウ素を使用する場合、固結をフッ素雰囲気中で行うことが好ましい。この実施例において、屈折率低下ドーパントはＢおよびＦである。

【0061】

より詳しくは、バーナに供給されるホウ酸トリエチルおよびＳｉＣｌ₄を用いることによって、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂を、研削したガラスプリフォーム上に気相成長させて、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂スート層を形成した。次いで、固結炉に供給されたＳｉＦ₄ガスを使用することによって、Ｂ₂Ｏ₃ドープトシリカスート層で被覆されたブランク（すなわち、機械加工または研削されたガラスプリフォーム）を、固結工程中にフッ素ドープした。この第２の固結工程中、固結炉は、１３００℃〜１４００℃の温度範囲で動作される。これらの固結温度で、フッ素は、ホウ素／シリカスート層中に拡散するが、その下にあるガラス相中には浸透しない。この実施例の光ファイバは、拡散により適切なフッ素ドーピングを促進するように、１３５０℃の固結温度を使用することによって製造した。この実施例において、プリフォームの第３の層（外側クラッド）は、第２の層（内側クラッド）の形状と似た形状を有する。

【0062】

次いで、固結済みブランク７１を、図２３に示したように、線引き炉８０内のハンドル８１から吊り下げ、ファイバ８２をそこから線引きする。線引き中、前記孔にわずかな正圧（約１ｐｓｉ（約６．９ｋＰａ）以上）を印加して、それらが閉じないようにする。これにより、コアが（より）楕円形状になる。図１Ａおよび１Ｂに示された例示のファイバにおいて、０．１ｐｓｉ（約６９０Ｐａ）未満の正圧を用いた。線引き速度は約１ｍ／秒であった。得られたファイバは、楕円形状のコアおよび２つの空気孔を有している。

【0063】

中心コアの所望のアスペクト比を達成するために、コアの楕円化は、再線引き工程、線引き工程、またはその組合せのいずれで行ってもよいことが認識されよう。いずれの場合にせよ、楕円化が生じるように、プリフォーム（およびファイバ）の孔に正圧が印加される。

【0064】

本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の改変および変更を行ってもよいことが当業者には明白である。例えば、ステップインデックス型構造が示されているが、他のグレーデッドインデックス型構造を用いてもよい。さらに、ファイバプロファイルに環状構造を同様に加えてもよく、その構造は許容されるように機能するであろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれる条件で、包含することが意図されている。

【符号の説明】

【0065】

１０ 光ファイバ
１２ コア
１４ 内側クラッド
１６ 外側クラッド
１８ 保護コーティング
２４，２６ 空気孔
３０ 搬送ガス
３２ ヒータ
５６ バーナ
５９ 心棒
６２ スートプリフォーム
７０ プリフォームサブアセンブリ
７１ 固結済みブランク

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】