特許 5797851 選択された線引き張力で光ファイバを製造する方法

(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】5797851

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】選択された線引き張力で光ファイバを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/027 20060101AFI20151001BHJP

【ＦＩ】

   C03B37/027 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-541026(P2014-541026)

(86)(22)【出願日】2011年11月15日

(65)【公表番号】特表2014-534944(P2014-534944A)

(43)【公表日】2014年12月25日

(86)【国際出願番号】US2011060672

(87)【国際公開番号】WO2013074078

(87)【国際公開日】20130523

【審査請求日】2014年10月28日

(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】ダナ クレイグ ブックバインダー

(72)【発明者】

【氏名】ミン‐ジュン リー

(72)【発明者】

【氏名】ピーター ジョセフ ロンコ

(72)【発明者】

【氏名】プシュカー タンドン

【審査官】 増山 淳子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−６３０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９５０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０３１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ３７／００ − ３７／１６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバを製造する方法において、
炉内にプリフォームを提供する工程、
前記プリフォームから複数の光ファイバを複数の異なる線引き張力で線引きする工程、
前記異なる線引き張力の各々で線引きされた前記光ファイバの各々の帯域特性を測定する工程、
各光ファイバの測定された帯域特性に基づいて線引き張力設定値を選択する工程、
前記線引き張力を、選択された前記線引き張力設定値に調節する工程、および
前記プリフォームから、前記選択された線引き張力設定値で、選り抜きの調整された光ファイバを線引きする工程、
を有してなる方法。

【請求項2】

前記線引き張力を調節する工程が、前記炉内の前記プリフォームの温度を調節する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記線引き張力を調節する工程が、前記線引きされた光ファイバの速度を調節する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項4】

前記線引き張力設定値を選択する工程が、少なくとも２．０ＧＨｚ・ｋｍの帯域幅となる前記線引き張力設定値を選択する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記線引き張力設定値を選択する工程が、少なくとも４．０ＧＨｚ・ｋｍの帯域幅となる前記線引き張力設定値を選択する工程を含む、請求項１記載の方法。

【請求項6】

光ファイバを製造する方法において、
炉内にプリフォームを提供する工程、
前記プリフォームから第１の光ファイバを第１の線引き張力で線引きする工程、
前記第１の線引き張力で線引きされた前記第１の光ファイバの帯域特性を測定する工程、
前記プリフォームから第２の光ファイバを第２の線引き張力で線引きする工程、
前記第２の線引き張力で線引きされた前記第２の光ファイバの帯域特性を測定する工程、
前記第１と第２の光ファイバの測定された帯域特性に基づいて線引き張力設定値を選択する工程、
前記線引き張力を、選択された前記線引き張力設定値に調節する工程、および
前記プリフォームから、前記選択された線引き張力設定値で、第３の光ファイバを線引きする工程、
を有してなる方法。

【請求項7】

前記プリフォームから光ファイバをさらに別の複数の線引き張力で線引きし、各ファイバの帯域特性を測定し、前記複数の線引き張力で線引きされた前記光ファイバの測定された帯域特性に基づいて前記線引き張力設定値を選択する各工程をさらに含む、請求項６記載の方法。

【請求項8】

前記線引き張力を選択する工程が、前記炉内の前記プリフォームの温度を調節する工程を含む、請求項６記載の方法。

【請求項9】

前記線引き張力を調節する工程が、前記線引きされた光ファイバの速度を調節する工程を含む、請求項６記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１０年１１月２２日に出願された米国特許第１２／９５１１７５号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

【技術分野】

【0002】

本発明は、広く、光ファイバを製造する方法に関し、より詳しくは、所望の帯域特性を達成するためのファイバ線引き製造システムにおける光ファイバの製造に関する。

【背景技術】

【0003】

光ファイバを製造するための従来の製造プロセスは、一般に、線引き炉内で加熱されたガラスプリフォームから光ファイバを線引きし、線引きされたファイバを冷却し、十分に冷却された後にファイバを被覆する各工程を含む。マルチモード（ＭＭ）ファイバ（ＭＭＦ）の帯域幅は、一般に、モード間の色分散(inter-modal chromatic dispersion)により制限される。モード間の色分散を最小にするために、グレーデッド・インデックス型αプロファイルを有するＭＭファイバが典型的に設計されている。最適な帯域幅のために、屈折率プロファイル変動であるパラメータαは、典型的な線引きファイバについて、２に近い値である。しかしながら、帯域幅は、最適形状からのプロファイルの変化に対して敏感であるかもしれず、最適なαパラメータから逸脱すると、帯域幅が著しく低下するかもしれない。最適な帯域幅を達成するには、厳密なプロファイル制御が必要である。しかしながら、正確にα値を決定するのに必要な精度を一般に持たない、所定のプリフォームに関する屈折率測定のために、最適なαプロファイルを作成することは一般に難しく、線引き張力により誘発される応力が屈折率プロファイルを変え得る。それゆえ、一般に、所定のプリフォームに関するプロファイル測定の不正確さのために、最適な線引き張力を正確に予測することができない。ファイバの屈折率プロファイルのαパラメータに著しい誤差がある場合、ファイバの帯域幅は低いであろうし、これにより、高い帯域幅のファイバにとって選ばれたものが不十分となるであろう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

１つの実施の形態によれば、光ファイバを製造する方法が提供される。この方法は、炉内にプリフォームを提供し、そのプリフォームから複数の光ファイバを複数の異なる線引き張力で線引きする各工程を含む。この方法は、異なる線引き張力の各々で線引きされた光ファイバの各々の帯域特性を測定する工程も含む。この方法はさらに、各光ファイバの測定された帯域特性に基づいて線引き張力設定値を選択し、線引き張力を選択された線引き張力設定値に調節し、その選択された線引き張力設定値で、プリフォームから調整された光ファイバを線引きする各工程を含む。

【0005】

別の実施の形態によれば、炉内にプリフォームを提供し、そのプリフォームから第１の光ファイバを第１の線引き張力で線引きし、第１の線引き張力で線引きされた第１の光ファイバの帯域特性を測定する各工程を含む光ファイバを製造する方法が提供される。その方法は、プリフォームから第２の光ファイバを第２の線引き張力で線引きし、第２の線引き張力で線引きされた第２の光ファイバの帯域特性を測定する各工程も含む。この方法はさらに、第１と第２の光ファイバの測定された帯域特性に基づいて線引き張力設定値を選択し、線引き張力を、選択された線引き張力設定値に調節し、選択された線引き張力設定値で、プリフォームから選り抜きの光ファイバを線引きする各工程を含む。

【0006】

さらに別の実施の形態によれば、炉内にプリフォームを提供し、そのプリフォームから第１の光ファイバを第１の線引き張力で線引きし、第１の光ファイバの帯域特性を測定する各工程を含む光ファイバを製造する方法が提供される。その方法は、プリフォームから第２の光ファイバを第２の線引き張力で線引きし、第２の光ファイバの帯域特性を測定する各工程も含む。この方法はさらに、第１と第２の光ファイバの測定された帯域特性に基づいてこれら第１と第２の光ファイバの内の一方を選択する工程を含む。

【0007】

追加の特徴と利点は、以下の詳細な説明に述べられており、その一部は、その説明から当業者に容易に明らかになるか、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

【0008】

先の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、単なる例示であり、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、さらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および動作を説明するように働く。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】１つの実施の形態による、光ファイバ線引き製造システムの説明図

【図2】１つの実施の形態による、選択できる線引き張力でファイバを製造する方法の流れ図

【図3】一例による、ファイバ線引き張力の変化による屈折率αプロファイルの変化を示すグラフ

【図4】一例による、プリフォームから製造された複数のケインについて異なる張力で線引きされた光ファイバに関する屈折率αプロファイルを示すグラフ

【図5】１つの実施の形態による、線引き張力設定値を選択するための線引き張力の関数として測定された帯域幅を示すグラフ

【図6】一例による、マルチモード光ファイバに関する屈折率プロファイル

【発明を実施するための形態】

【0010】

ここで、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。可能ならいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。

【0011】

光ファイバ線引き製造システム１０および方法１００は、所定のガラス源プリフォームから製造されたファイバの最適な帯域特性を達成するために線引き張力設定値を選択する微調整プロセスの使用により、光ファイバを製造する。「線引き張力」および「張力」という用語は、ここでは交換可能に使用される。図１〜６に関して、光ファイバ線引き製造システム１０および方法１００の実施の形態がここに記載されており、ここで、同様の参照識別記号が、図面に亘り同じまたは対応する要素を示す。ここに用いた「裸の光ファイバ」という用語は、外面に保護被覆層を施す前（例えば、裸の光ファイバが高分子系材料で被覆される前）の、プリフォームとも称される加熱ガラス源から直接線引きされた光ファイバを意味する。光ファイバ線引き製造システム１０および方法１００により、ここに開示されたような実施が容易なプロセスにより実現される所望の最適な帯域特性を有する選り抜きの光ファイバを形成することができる。

【0012】

一例によるマルチモード光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル曲線が図６に示されている。コア２２０は、ゲルマニウムがドープされた放物線形コアである。クラッド層２００は、ドープされていないシリカなどの内側クラッド領域２３０、領域２５０におけるフッ素がドープされたシリカなどの屈折率低下(depressed)領域２５０、および外側クラッド領域２６０を含む。

【0013】

「相対屈折率パーセント」または「相対屈折率デルタ」は、Δ％＝１００×（ｎ_i²−ｎ_REF²）／２ｎ_i²と定義され、式中、ｎ_iは、別記しない限り、領域ｉにおける最大屈折率である。相対屈折率パーセントは、別記しない限り、８５０ｎｍで測定される。別記しない限り、ｎ_REFは、クラッドの外側環状領域２６０の平均屈折率であり、これは、例えば、クラッドの外側環状領域（いくつかの好ましい実施の形態において、ドープされていないシリカであってよい）において「Ｎ」回の屈折率測定を行い（ｎ_C1、ｎ_C2、・・・・ｎ_CN）、

【数1】

【0014】

によって、平均屈折率を計算することによって、計算できる。

【0015】

ここに用いたように、相対屈折率はΔにより表され、その値は、別記しない限り、「％」の単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_REFより低い場合、その相対屈折率パーセントはマイナスであり、低下領域または低下屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別記しない限り、屈折率が最もマイナスである地点で計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_REFより大きい場合、相対屈折率パーセントはプラスであり、その領域は上昇させられている、またはプラスの屈折率を有すると言うことができる。

【0016】

オーバーフィルド励振を使用してＦＯＴＰ−２０４にしたがって、全モード励振伝送帯域(overfilled bandwidth)を測定してもよい。最小の計算有効モード帯域幅（Ｍｉｎ ＥＭＢｃ）の帯域幅は、ＴＩＡ／ＥＩＡ−４５５−２２０により指定されるような、測定された異モード遅延スペクトルから得てもよい。

【0017】

オーバーフィルド励振によりＦＯＴＰ−２０４にしたがって、帯域幅は８５０ｎｍ（別記しない限り）で測定した。４０５、６３０、６７０、７８０、８３０、９１５、９８０、１０６０、１２００、１３００、１３１０、および１５５０ｎｍなどの他の波長で、帯域幅を測定しても差し支えないことも認識すべきである。

【0018】

「αプロファイル」または「アルファプロファイル」という用語は、式：

【数2】

【0019】

にしたがう、ｒが半径であり、「％」の単位のΔ（ｒ）で表される相対屈折率プロファイルを称し、式中、ｒ_oはΔ（ｒ）が最大である点であり、ｒ₁は、外側環状クラッド領域２６０に関してΔ（ｒ）％がゼロである点であり、ｒは範囲ｒ_i≦ｒ≦ｒ_fの範囲にあり、Δは先のように定義され、ｒ_iはαプロファイルの最初の点であり、ｒ_fはαプロファイルの最後の点であり、αは実数の指数である。中心線（ｒ＝０）で始まるプロファイルセグメントについて、αプロファイルは、より単純な形態：

【数3】

【0020】

を有し、式中、Δ（０）は中心線での屈折率デルタである。

【0021】

図１を参照すると、１つの実施の形態による、光ファイバ線引き製造システム１０が概して示されている。ファイバ線引き製造システム１０は、１つの実施の形態によれば、加熱素子１６および約２，０００℃の温度まで加熱されるマッフル１４を含む線引き炉１２を含む。ガラスプリフォーム２０が、線引き炉１２のマッフル１４内に垂直に配置されており、光ファイバが、裸の光ファイバ２２の形態で、加熱されたプリフォーム２０から線引きされる。加熱素子１６は、少なくともプリフォーム２０の底部に熱を供給する。

【0022】

プリフォーム２０は、どのようなガラス材料から構成されていてもよく、またドープされていても、光ファイバの製造に適したように他の様式で処理されていてもよい。プリフォーム２０は、クラッドを備えたコアを有する完全コアプリフォームであっても、または一般にクラッドを有するケインと称される、そのオリジナルのコアプリフォームから製造された光ファイバプリフォームであってもよい。光ファイバを線引きするのに炉１２内に使用するために、１つのコアプリフォームから、５つの光ファイバプリフォームなどの、典型的に２以上の光ファイバプリフォームが形成される。各プリフォームは異なる屈折率測定値を有してよく、プリフォームの加工およびプリフォームの線引きにおける変動に基づいて所定のコアプリフォームについて最適なαプロファイルを作成することは一般に難しいことを認識すべきである。所定のプリフォームに関するαプロファイルは、Ｐｒｅｆｏｒｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ屈折率測定システム（オレゴン州、ビーヴァートン所在のPhoton Kinetics Instruments社）などの屈折率測定技法を使用して測定することができ、所望のαプロファイルを達成して、粗調整されたプリフォームを提供することができる。ここに開示された方法は、様々な線引き張力でファイバを線引きし、これらの様々な線引き張力で線引きされたファイバの帯域幅を測定し、微調整プロセスとして所定のファイバから最適な帯域幅を提供するために最適な線引き張力を選択する。

【0023】

光ファイバ２２は、牽引機３２によってプリフォーム２０の根元部１８から引っ張られる。マッフル１４を出た後、裸の光ファイバ２０は直径モニタ（Ｄ）２４に出合う。この直径モニタ２４は、ファイバの直径を一定に維持するために牽引機３２の速度を調節するフィードバック制御ループに使用される信号を提供する。次いで、裸の光ファイバ２２はファイバ張力測定装置（Ｔ）２６を通過する。このファイバ張力測定装置２６は、光ファイバ２２の張力を測定し、高い帯域幅のファイバを提供する所望の線引き張力設定値を維持するためにファイバ２２の張力を調節するフィードバック制御ループを提供する。ファイバ張力測定装置２６の一例が、ここに引用する欧州特許出願公開第０４７９１２０Ａ２号明細書に開示されている。一旦、裸の光ファイバ２２がプリフォーム２０から線引きされたら、この裸の光ファイバ２２は、炉１２の出口に連結されていてもそこから離れていてもよい冷却管２８または処理装置内で冷却され、その後、ファイバ２２は、裸の光ファイバ２２の外面に高分子系被覆材料を施すことのできるコーター３０により被覆される。被覆されたファイバは、被覆硬化装置（図示せず）も通過してよい。次いで、被覆ファイバ２２は、スプールまたはリール３４に巻き付けられる。個々のファイバの帯域幅はオフラインで測定される。

【0024】

１つの実施の形態によれば、ファイバ線引き製造システム１０は、マイクロプロセッサ４２（μＰ）およびメモリ４４を有するコンピュータとして実行されてもよい張力制御装置４０を有するものとしても示されている。どのようなデジタルおよび／またはアナログ処理回路構成およびメモリ記憶媒体を利用してもよいことを認識すべきである。制御装置４０は、直径モニタ装置２４（Ｄ）の出力およびファイバ張力測定装置２６（Ｔ）の出力を受信し、それらの入力を１つ以上のルーチンで処理してもよい。制御装置４０は、ユーザが、各リールに巻き付けられた各ファイバからの線引き張力を示す張力値、例えば、Ｔ_R1、Ｔ_R2、Ｔ_R3などを見るために、ディスプレイまたは他のヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）などに出力５８を提供する。光ファイバは、屈折率αプロファイルの異なる値、それゆえ、光ファイバの異なる帯域特性を達成するために異なるファイバ張力で線引きされてもよいことを認識すべきである。ユーザが選択した張力設定値（Ｔ_SP）４８が、制御装置３０（Ｃ）に入力として提供されて、ユーザが、製造されている光ファイバの所望の帯域特性を達成するために所望の張力設定値を選択することができる。制御装置４６は、ユーザが選択した張力設定値（Ｔ_SP）に応答して温度制御（Ｔ_C）出力５０を生成し、これは、炉１２内の加熱素子１８の温度を制御するために使用される。温度制御Ｔ_Cは、１つの実施の形態によれば、所望のファイバ線引き張力を達成するために炉１２の温度を調節してもよい。通常は、炉１２の温度が上昇すると、線引きされたファイバの張力が減少するのに対し、炉１２の温度が低下すると、線引きされたファイバの張力が増加する。炉の温度は、線引き張力が、ユーザの選択した張力設定値を示すまで、フィードバックループにより調節してもよい。別の実施の形態によれば、線引きされたファイバの張力は、牽引機３２により線引きされているファイバの速度を調節することによって調節してもよく、この牽引機は、ユーザの選択した張力設定値に対応して制御装置４０により制御してもよい。

【0025】

ファイバ線引き製造システム１０および方法１００は、炉内にプリフォームを提供し、そのプリフォームから複数の光ファイバを複数の異なる線引き張力で線引きし、異なる線引き張力の各々で光ファイバの各々の帯域特性を測定し、各光ファイバの測定された帯域特性に基づいて、線引き張力設定値を選択し、線引き張力をその線引き張力設定値に調節し、この選択された線引き張力設定値でプリフォームから選り抜きの調整された光ファイバを線引きする。線引き張力設定値は、最高の帯域幅のファイバを生じる張力値であってよい。線引き張力は、１つの実施の形態によれば、炉のプリフォームの温度を調節することによって調節してもよい。線引き張力は、別の実施の形態によれば、線引きされたファイバの張力を調節することによって調節してもよい。１つの実施の形態において、プリフォームは、ドープされたコアおよびクラッドを含んでよく、そのクラッドはフッ素を含んでよい。コアは、ＧｅＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂およびＦがドープされたシリカからなっても差し支えない。クラッドは、フッ素ドープトシリカを含む、ドープトシリカの環状リングを含んでもよい。クラッドはドープトシリカを含んでもよい。プリフォームは、多数のファイバを線引きするための１つのプリフォームの形態であってもよく、または同じコアプリフォームから形成された複数の光ファイバプリフォームを含んでもよい。

【0026】

１つの実施の形態による、光ファイバを製造する方法１００が図２に示されている。方法１００は、所望のようにプリフォームから光ファイバを線引きするのに十分な温度で炉内に調製済みガラスプリフォームを提供する工程１０２（Ｄ）を含む。この炉は、２，０００℃辺りの温度で制御されているであろう。プリフォームは、コアプリフォームを複数のケインに線引きすることによって調製されてよい光ファイバプリフォームを含んでよく、このケインにオーバークラッドを形成して、複数の光ファイバプリフォームを形成してもよく、一度にその内の１つが炉に挿入される。方法１００は、速度設定値Ｓ₁に設定された線引き速度および温度Ｔ_P1に設定された炉の温度Ｔ_Pでファイバを線引きする工程１０４を含む。次に、工程１０６で、方法１００は、線引きされたファイバのファイバ線引き張力Ｔ_Dをモニタする。工程１０８（ＣＣＷ）で、方法１００は、ファイバを冷却し、ファイバを被覆し、ファイバを１つ以上のリールに巻き付ける。次いで、方法１００は、工程１１０に進んで、異なるファイバ張力で線引きされた各ファイバの帯域幅（ＢＷ）をオフラインで測定する。１つの実施の形態において、異なる張力で線引きされたファイバは、異なるリールに巻きつけられ、公知の線引き張力で製造された各リールのファイバを試験して、対応する線引き張力に関するファイバの帯域幅を決定する。所定の線引き張力でリールに巻き付けられるファイバの量は様々であってよい。例えば、所定の線引き張力で製造された３から５キロメートルのファイバが、リールに巻き付けられ、帯域幅について試験されてもよい。プリフォームは、約８００キロメートルのファイバを製造するであろうし、プリフォームからの残りのファイバは、選択された張力設定値で線引きされるであろう。各ファイバの帯域幅は、各リール上の各ファイバに信号を適応し、８５０ナノメートルなどの所望の信号波長で帯域特性を測定することによって、決定される。次いで、ユーザは、測定された帯域特性に基づいて、線引き張力（Ｔ）を最適帯域幅で選択して、最適線引き張力Ｔ_Oを設定する。工程１１４で、ユーザの選択した張力設定値Ｔ_OSは、所望の線引き張力設定値Ｔ_OSを達成するために炉の温度を調節することによって、最適なファイバ線引き張力を達成するために最適線引き張力Ｔ_Oに基づいて調節される。次いで、方法１００は、工程１１６において、ファイバの残りをプリフォームまたは同じコアプリフォームから製造された他の光ファイバプリフォームから、ユーザの選択した張力設定値Ｔ_OSで線引きして、最適な帯域特性を有する最適な光ファイバを供給する。

【0027】

方法１００は、有利には、特に最適な選り抜きのマルチモードファイバを製造するために、線引き張力の変化を使用して、屈折率αプロファイルを微調整することによって、高い帯域幅のマルチモードファイバを線引きする。１つの実施の形態において、プリフォームの一部分が規定の張力で第１のファイバに線引きされ、あるリールに巻き付けられ、次いで、そのプリフォームの別の部分が異なる張力で第２のファイバに線引きされ、別のリールに巻き付けられるように、ファイバ線引きプロセス中に、プリフォームが様々な線引き張力で線引きされ、このプロセスが、ピーク帯域幅を有するファイバを選択するために十分な数の選り抜きのものを製造するためにプリフォームを最後まで使用し続ける。そうすることで、最適な帯域幅を達成でき、高い帯域幅のファイバの利用できる選り抜きのもの（製造される合計のファイバの百分率）が増加する。別の実施の形態において、同じプリフォームの小さな部分がファイバに線引きされ、ファイバの各リールは、異なる張力で線引きされる。帯域幅は各リールのファイバについて測定され、次いで、プリフォームの残りが、最高の帯域幅を提供したファイバ線引き張力でファイバに線引きされる。さらに、同じ出発プリフォームからの姉妹ケインを、張力マッピングから最高の帯域幅のファイバを製造した張力で線引きすることができる。本発明の方法は、ピーク帯域幅に到達するためにマルチモードファイバの屈折率αプロファイルを微調整することができ、高い帯域幅のファイバの選り抜きのものを増加させるために製造プロセスにおいて実施するのが容易である。

【0028】

ファイバ線引き製造システム１０および方法１００は、可変の線引き張力でプリフォームからファイバを線引きすることによって、高い帯域幅のマルチモードファイバを製造する。線引き張力はファイバに機械的応力を誘発し、これが屈折率プロファイルを変える。屈折率プロファイルの変化は、屈折率プロファイルのα値の有効変化と同等とみなすことができる。所定の光ファイバのαプロファイルは、屈折率ニア・フィールド法（ＲＮＦ法）またはマッハ・ツェンダー干渉分光法測定技法を使用して測定できる。所定のファイバに関する屈折率プロファイルは、化学組成とガラス転移半径方向プロファイル(glass transition radial profile)、ファイバの外径、線引き張力および応力光学係数の入力パラメータを使用してモデル化することもできる。図３を参照すると、一例による、α値への、線引き張力の変化により生じた影響が示されている。この例において、ファイバは、グレーデッド・インデックス型ＧｅＯ₂ドープトシリカコア（シリカの外側クラッドに対して１％のデルタ屈折率、約２．１のαおよび２５マイクロメートルのコア径を有する）、およびシリカの外側クラッドを有し、ファイバ全体の直径は１２５マイクロメートルである。測定された有効α値が、線引き張力の変化の関数として変化するのが分かる。この例において、線引き張力の１００グラムの変化毎に、有効α値は、グラフの線６０の点６２により示されるように、約０．０４３変化する。線引き張力を変化させることにより、最大の帯域幅のファイバを達成するために選り抜きのファイバを微調整するように、αプロファイル値を変えることができる。半径方向に異なる化学組成を有する光ファイバは、線引き張力の変化により、アルファの勾配の変化が異なるであろう。例えば、ファイバは、グレーデッド・インデックス型ＧｅＯ₂ドープトシリカコア、およびフッ素ドープト低屈折率環を含有する純粋なシリカのクラッドを有してよい。この例において、コアの相対屈折率デルタは、約２．１のアルファ（α）を有するシリカクラッドに対して約０．９４パーセントであった。前記環は、コアに対して約１マイクロメートルずれており、約−０．４５パーセントの屈折率変化および約５マイクロメートルの幅、およびシリカの外側クラッドを有した。この例において、線引き張力の１００グラムの変化毎に、有効α値は約０．０２６変化する。

【0029】

図４を参照すると、最適な帯域幅の選り抜きのものを有する光ファイバを製造する方法の一例が示されている。この実施の形態において、５つの光ファイバが５つの別個のリールに線引きされ、各ファイバは、第１の光ファイバプリフォーム（Ｐ）から異なる張力（Ｔ）で線引きされている。５つのファイバの各々の線引き張力が、線７０Ａ〜７０Ｅにより示されている。次いで、各ファイバは、１つ以上の帯域特性について測定され、各ファイバからの帯域特性が分析されて、最適なファイバ、それゆえ、最適な線引き張力が決定される。次いで、第１の光ファイバプリフォームおよび出発コアプリフォームから製造された他の光ファイバプリフォームの全てを含むプリフォームの残りが、最高の帯域幅のファイバを製造した選択された張力設定値で線引きされる。

【0030】

１つの実施の形態による、線引き張力の関数としての測定された帯域幅の一例が図５に示されている。この例において、コアにαプロファイル値を有するマルチモードプリフォームが、コアにＧｅＯ₂をドープすることによって製造された。物理的なコア直径は５０マイクロメートルであった。クラッドは、フッ素ドープト低屈折率環を含有する純粋なシリカであった。コアの中心における屈折率変化は、純粋なシリカに対して約０．９４パーセントであった。この環は、コアに対して約１マイクロメートルずれており、約−０．４５パーセントの屈折率変化および約５マイクロメートルの幅を有した。外側クラッドを含むファイバ直径は１２５マイクロメートルであった。プリフォームにおいて測定されたαプロファイル値は、Ｐｒｅｆｏｒｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ屈折率測定システムで測定して、２．１０であり、予測された帯域幅は、８５０ナノメートルの波長で３．３３ＧＨｚ・ｋｍであった。プリフォームは、３０から１９５グラムに及ぶ張力（Ｔ）で線引きされた。８５０ナノメートルの波長で測定された帯域幅が、データ点８０Ａ〜８０Ｉにより、線引き張力の関数として示されている。９０グラムと１３０グラムの間の線引き張力で、３．５ＧＨｚ・ｋｍの最大帯域幅が達成され、最適帯域幅は、データ点８０Ｅにより示された約１１０グラムの張力での４．７５ＧＨｚであった。それゆえ、この例において、ユーザは、最適性能のファイバを製造するために、約１１０グラムの線引き張力設定値を選択してもよい。プリフォームの残りから最適かつ最高の帯域幅のファイバを製造するために、追加のファイバをこのプリフォームから同様の張力で、例えば、約１１０ｇの張力で線引きすることができる。同様に、追加のファイバを、この張力の試験された光ファイバプリフォームと同じコアプリフォームから製造された他のプリフォームから同様の張力（例えば、約１１０ｇの張力）で線引きすることができる。

【0031】

別の実施の形態によれば、コアにαプロファイルを有するマルチモードプリフォームを、コアにＧｅＯ₂をドープすることによって製造した。この例におけるクラッドは純粋なシリカであった。コアの中心の屈折率変化は、純粋なシリカに対して約１パーセントであった。プリフォームにおける測定されたαプロファイル値は、Ｐｒｅｆｏｒｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ屈折率測定システム（オレゴン州、ビーヴァートン所在のPhoton Kinetics Instruments社）により測定して、２．１３であり、予測された帯域幅は、８５０ナノメートルの波長で２．７５ＧＨｚ・ｋｍであった。このプリフォームを、２０グラムずつ増加させながら、５０グラムから１７０グラムの張力で４ｋｍのセグメントに線引きした。得られたファイバは、約５０マイクロメートルのコア直径を有した。ファイバの直径は１２５マイクロメートルであった。帯域幅は、それぞれ、９０、１１０、１３０、１５０、１７０グラムの線引き張力で、２．０、３．７、５．４、６．４、および４．３ＧＨｚ・ｋｍであった。５ＧＨｚ・ｋｍ超の最大帯域幅が、１３０グラムと１５０グラムの線引き張力で達成された。それゆえ、この例において、ユーザは、最適性能のファイバを製造するために、約１３０〜１５０グラムの線引き張力設定値を選択してもよい。プリフォームの残りから最適かつ最高の帯域幅のファイバを製造するために、追加のファイバをこのプリフォームから約１３０〜１５０ｇの張力で線引きすることができる。追加の光ファイバのプリフォームから最適かつ最高の帯域幅のファイバを製造するために、追加のファイバを、同じコアプリフォームから形成された光ファイバプリフォームから、すなわち、約１３０〜１５０ｇの張力で線引きすることもできる。製造された光ファイバのαプロファイルは、その光ファイバが８５０ｎｍでの動作に最適化されている場合、２．０〜２．２の範囲、いくつかの実施の形態においては、２．０５〜２．１５の範囲にあってよい。光ファイバは、１つの実施の形態によれば、６０〜２００マイクロメートルの範囲、より好ましくは８０〜１２５マイクロメートルの範囲にある物理的直径を有してよい。

【0032】

線引き張力を選択するために使用される帯域特性では、１つの実施の形態によれば、約８５０ナノメートルの波長について、２．０ＧＨｚ・ｋｍ超、より好ましくは４．０ＧＨｚ・ｋｍ超、いくつかの実施の形態において、５．０ＧＨｚ・ｋｍ超の帯域幅閾値を使用してよい。

【0033】

さらに別の実施の形態によれば、炉内にプリフォームを提供し、そのプリフォームから第１の光ファイバを第１の線引き張力で線引きし、第１の光ファイバの帯域特性を測定する各工程を含む光ファイバを製造する方法が提供される。この方法は、そのプリフォームから第２の光ファイバを第２の線引き張力で線引きし、第２の光ファイバの帯域特性を測定する各工程も含む。この方法はさらに、第１と第２の光ファイバの測定された帯域特性に基づいて第１と第２の光ファイバの内の一方を選択する工程を含む。この方法は、さらに、そのプリフォームからさらに別の光ファイバをさらに異なる線引き張力で線引きし、そのさらの別の光ファイバの帯域特性を測定し、測定された帯域特性に基づいてさらに別の光ファイバから使用するものを選択して、光ファイバのどれを使用するかを選択し続けてもよい。したがって、この実施の形態は、帯域特性に応じて様々な用途のためにユーザが１つ以上のファイバを選択することを可能にする。

【0034】

可変の線引き張力により、ファイバにおける応力光学効果のために、αプロファイルの変化がもたらされる。線引きプロセス中にファイバに含まれる残留応力は、熱応力と機械的応力との組合せであろう。熱応力は、熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致により生じるであろうし、機械的応力は、ファイバにおける異なる半径方向位置の間の粘度の不一致により生じるであろう。約２のαプロファイル値を有する出発プリフォームにおける最適αプロファイルについて、応力光学係数プロファイルにより屈折率に影響を与えることのできるファイバにおける軸方向、半径方向および方位角の応力が存在する。ファイバの屈折率プロファイル、したがって、帯域幅は、最初のプリフォームと対応するファイバ中のドーパントレベルおよび線引きプロセス中のファイバの設定における応力により制御される。

【0035】

本発明のシステムおよび方法は、所定のファイバに関する屈折率プロファイル帯域幅を微調整する、したがって、最適化するために、プリフォームにおける所定のドーパントプロファイルに関して線引き張力を選択することができる。これにより、最適なピーク帯域幅が可能なファイバの製造および異なる帯域幅のファイバの選択が可能になる。ここに開示された方法を利用して、通信用途に使用するための選択的に入手できるシングルモードまたはマルチモードの光ファイバを製造することができる。

【0036】

特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。

【符号の説明】

【0037】

１０ 光ファイバ線引き製造システム
１２ 線引き炉
１４ マッフル
１６ 加熱素子
２０ プリフォーム
２２ 光ファイバ
２４ 直径モニタ
２６ ファイバ張力測定装置
２８ 冷却管
３０ コーター
３２ 牽引機
３４ スプールまたはリール
１００ 光ファイバ線引き製造方法
２００ クラッド層
２２０ コア
２３０ 内側クラッド領域
２５０ 屈折率低下領域
２６０ 外側クラッド領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】