JPH0531127B2 - - Google Patents
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Description
請求の範囲
１ 光電磁放射に対する第１の最小屈折率を有す
るガラスコア部材と、該コアを同心的に囲包し、
コア／クラツド界面において全内部反射を生じさ
せかつそれによつて該放射を該導波路に沿つて案
内するように該第１の屈折率の最小値よりも少な
くとも0.1％小さいところの該放射に対する第２
の屈折率を有する少なくとも１層を含むガラスク
ラツデイングを含むガラス繊維、および 該ガラス繊維と接触した第１の金属系クラツデ
イング、および少なくとも第２の金属系クラツデ
イング を備えた光電磁放射の伝送に使用される繊維系光
導波路の製造方法であつて、 該第１の金属系クラツデイングの形成温度にお
いて該ガラス繊維材料に対して化学的に実質的に
不活性である金属または合金を用いて該ガラス繊
維上に該第１の金属系クラツデイングを形成する
することによつて、該ガラス繊維の柔軟性および
光学的性質を維持し、該ガラス繊維を気密封止
し、かつ該ガラス繊維に適切な強度を提供する工
程、および 該第１の金属系クラツデイングと接触して少な
くとも１つの他の金属系クラツデイングを形成す
ることによつて、該第１の金属系クラツデイング
とは異なる性質を該導波路に提供する工程を具備
し、 該第１の金属系クラツデイングは、該ガラス繊
維を、該金属または合金を溶融状態で入れた被覆
用カツプを通過させることにより該ガラス繊維上
に形成され、該金属系クラツデイングの１つは、
室温および使用温度よりも高い結晶化温度を有す
るものである ことを特徴とする製造方法。 関連出願の引照 この特許出願は、金属系クラツド形光導波路で
あつて該導波路を構成するシリカと反応しない金
属もしくは合金被覆膜を用いたものを開示し請求
している に提出された出願番号
（PD−80025）に関連している。 発明の背景 １ 発明の分野 この発明はコアを囲包するシリカクラツデイン
グを包含する繊維系光導波路に、および特に、該
シリカクラツデイング上の第１の金属系クラツデ
イングとして該シリカと反応しない金属もしくは
合金被覆膜を用いた多層被覆された金属系クラツ
ド形光導波路に関する。 ２ 先行技術の説明 ドープされたシリカ繊維系光導波路の現在の技
術水準は低損失（5dB／Km以下）が当り前になり
つつある点にまで進んできており、この現出する
技術の成功または失敗をなお決定するかもしれな
い主要な技術的不確実さは該シリカを破損させ得
る有害元素から該シリカを保護するであろうケー
ブル構造に該繊維を束ねることに関係している。
ガラス繊維の脆さはよく知られており、このこと
が、ある早期の探究的システムがその光データリ
ンクにおいて単一ストランドよりもむしろシリカ
繊維の束を用いていた主な理由である。 多くの用途にとつて、この問題に対する解決に
は個々の繊維を強化することが要求される。長さ
が長く（１Kmまたはそれ以上）、引張り強さの高
い繊維が手に入れば、通信およびデータリンクは
重装備したケーブルや束を用いるよりもむしろ軽
量の単一ストランド繊維を用いておこなうことが
できる。 上に論じたタイプの光導波路は米国特許
3434774、3778132、3778827、および3806224にお
いてより詳しく述べられている。このような繊維
系光導波路を熱可塑性プラスチツクおよび紫外線
硬化重合体のような有機材料で被覆することにつ
いて相当な努力が費やされてきている。これら材
料は短期間では満足できるものであるが、気密封
止を形成しない。場合によつては、これらは、ガ
ラス表面を攻撃しかつ繊維を弱めるであろう水分
のような汚染物を通過させるであろう。 光導波路用の、金属で被覆されたガラス繊維が
開示されてきている。例えば、米国特許3778132、
3788827および4089585並びにベルギー国特許
858179参照。しかしながら、光学繊維上に単一の
金属系被覆膜を用いると、しばしば種々の問題に
出会する。金属皮覆膜を光学繊維上に被着させて
いる間に該被覆膜中にピンホールが得られるか、
あるいは、上に述べた特許出願に説明されている
ように、多くの金属および合金はシリカと反応し
て長期に渡つて強度の低下を引き起す。 発明の概要 この発明に従えば、ガラス繊維系光導波路は(a)
金属または合金であつて該金属または合金を該ガ
ラス繊維上に被覆する間の被着温度において該ガ
ラス繊維を構成する材料に対して実質的に化学的
に不活性であるものからなり、該ガラス繊維と接
する第１の金属系クラツデイングおよび(b)該第１
の金属系クラツデイング上の少なくとも１つの付
加的な金属系クラツデイングを有する少なくとも
２つの金属系クラツデイングを備えている。この
発明の構造は光電磁エネルギーの伝送用の可撓性
ガラス繊維系導波路において用いて好適である。
該光導波路は光放射に対する第１の最小屈折率を
有するガラスコア部材および該コアを同心的に囲
包するガラスクラツデイングから本質的になり、
該ガラスクラツデイングは該コア／クラツド界面
において内部反射を生じさせそれによつて該光放
射を該導波路に沿つて案内するために該第１の屈
折率の最小値よりも少なくとも0.1％だけ低いと
ころの該放射に対する第２の屈折率を有する。 有利なことに、該第１の金属系クラツデイング
もしくは被覆膜中における局在化した欠陥（例え
ば、ピンホール開口）は少なくとも１つの付加的
な金属系被覆膜によつて修繕される。さらに、第
２（またはそれ以上）の層を用いることによつて
該第１の金属系被覆膜の厚さを増すことができ
る。これら改良は両方とも、該ガラス繊維を少な
くとも２回同じ金属または合金で被覆することに
よつて達成できる。有利なことに、後の金属系被
覆のための被覆条件はガラス繊維の引張り条件に
よつて課された拘束を受けない。したがつて、後
の金属系被覆膜は第１のものとは異なる組成のも
のであつてよい。この場合、該後の金属または合
金は第１の金属または合金とは明確に異なる物性
を持つていてよい。さらに、機械的性質と光学的
性質との最適の組合せが該導波路内に保持される
ように、該金属または合金のいずれにとつても固
有のものではない物性を有する合金を形成するた
めに後の熱処理を用いてもよい。 【図面の簡単な説明】 図は、この発明の多層被覆された金属系クラツ
ド形繊維系光導波路の詳細を拡大規模で示す一部
断面斜視図。 【発明の詳細な説明】 図（一定の比に応じていない）には、この発明
に従う多層被覆された金属系クラツド形繊維系光
導波路１０が示されている。この導波路は長さが
不定である。導波路１０は中心のコア１１、コア
１１を同心的に囲包するガラスクラツデイング１
２、ガラスクラツデイング１２を同心的に囲包す
る第１の金属系クラツデイングもしくは被覆膜１
３および第１の金属系被覆膜を同心的に囲包する
第２の金属系クラツデイングもしくは被覆膜１４
からなる。コア部分１１は、好ましくは、第１の
屈折率n1を持つ高純度SiO2もしくはドープされ
たシリカである。案内部もしくはクラツデイング
部１２はやや小さい屈折率n2を持つSiO2もしく
はいずれの好適なガラス材料で形成されてもよ
い。コア１１は均一屈折率を持つていてもよい
し、あるいは２以上の層であつて各連続する層は
多モード構造に特に有用な放物勾配に近似するよ
うに下層よりも小さい屈折率を有するものからな
つていてもよい。クラツデイング１２は、普通、
均一な組成のものであるが、勾配つき組成のもの
であつてもよい。第２の屈折率はコア／クラツド
界面において光放射の全内部反射を生じさせ、そ
れによつて導波路に沿つて該光放射を案内するた
めに、一般に、第１の屈折率よりも少なくとも約
0.1％だけ小さい。多モード繊維にあつては、n2
は、普通、n1よりも約１％小さい。 第１の金属系クラツデイング１３はガラス繊維
に対して、より特定すると、クラツデイング部１
２に対して実質的に化学的に不活性の金属もしく
は合金よりなる。すなわち、該金属または合金は
該金属または合金をガラス繊維に被覆する期間中
における被着温度下で該ガラス材料と化学的に反
応しないものである。この第１の金属系被覆膜
は、以後に、より充分に記載するように、該金属
または合金の溶融プール内を繊維をして通過させ
ることによつて適用されることが好ましい。該繊
維上に被覆されるべき金属もしくは合金の溶融プ
ール中を繊維が通過する速度（約１ないし10フイ
ート／秒、通常、約３フイート／秒）に鑑み、該
金属もしくは合金の融点はSiO2の軟化点よりも
高くてもよい。特に、被覆すべき金属もしくは合
金の融点は、繊維自体がその軟化点よりも高い温
度に出会しない限り約2300℃もの高い範囲にあつ
てもよい。 ある金属または合金が上記の条件の下で安定か
どうかを決定するに当り、該金属または合金の該
被着温度における、相応する酸化物の生成の自由
エネルギーを同温度におけるシリカの生成の自由
エネルギーと比較することが必要である。該金属
または合金の酸化物の生成の自由エネルギーは、
該被着温度におけるシリカの生成の自由エネルギ
ーよりも小さく負でなければならない。さもなけ
れば、そのような金属もしくは合金は酸素に対し
てシリコンよりも高い親和性を持つかもしれず、
したがつてSiO2と反応することとなるからであ
る。しかしながら、酸化物生成の動力学が充分に
緩慢なものであれば、相応する酸化物の生成の自
由エネルギーがシリカの生成の自由エネルギーよ
りも幾分大きく負である金属および合金を用いて
もよい。 第１の金属系クラツデイング層に好適な金属元
素には、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニツケル、銅、ヒ素、ストロンチウム、
ジルコニウム、ニオブ、ロジウム、パラジウム、
テルル、バリウム、イリジウム、白金、タリウ
ム、スズ、鉛、亜鉛およびカドミウムが含まれ
る。第１の金属系クラツデイングとして好適な合
金には、これら元素を、相互に組合せて、あるい
は室温であれ幾分高められた温度であれ通常の使
用温度において合金が展性のままである限り金属
系または非金属系の他の元素と組合せて含有する
合金が含まれる。そのような多の合金化する金属
元素の例にはアルミニウムおよびマグネシウムが
あり、一方、そのような他の合金化する非金属元
素の例にはアンチモン、ビスマス、ホウ素、炭
素、リンおよびシリコンがある。毒性、費用、取
扱い易さに関する因子および他の因子のために、
マンガン、ヒ素、ストロンチウム、ロジウム、テ
ルル、バリウム、イリジウム、白金およびタリウ
ムのような元素は、他の点では好適であるが、合
金化用元素としての用途を除きあまり用途が見い
出せず、したがつて元素金属被覆膜としては好ま
しくない。 第２の（およびそれ以後の）金属系クラツデイ
ングはどのような金属および合金であつてもよ
く、そして、該金属が室温または該繊維の予期さ
れる使用温度のいずれか大きい方よりも低い再結
晶温度を有する場合、該第２の金属系クラツデイ
ングは室温または該予期される使用温度のいずれ
か大きい方よりも高い再結晶温度を有する金属も
しくは合金を含まなければならないということを
除いて第１の金属系クラツデイングと同じ拘束を
受けることはない。スズ、鉛、亜鉛およびカドミ
ウムが室温よりも低し再結晶温度を有する金属の
例である。このような場合、第１の金属系クラツ
デイングは緩衝部材として作用し、一方第２の金
属系クラツデイングはこの第１の金属系クラツデ
イングを機械的に拘束する。 第２の（およびその後の）金属系クラツデイン
グは局在化した欠陥を治癒するためまたは厚さを
増大させるために、第１のものと実質的に同じ組
成からなつていてよい。あるいは、第２の（およ
びその後の）金属系クラツデイングはさもなけれ
ば下側のガラス繊維と反応しまたは反応しないか
も知れない異なる金属または合金からなつていて
もよい。それ故に、各金属系クラツデイング単独
よりも良好な機械的性質を有する混合構造を作製
できる。例えば、第１の金属系クラツデイングが
シリカと反応しないスズからなり、第２の金属系
クラツデイングがアルミニウムからなつていても
よい。他の組合せはスズ（低降伏点）上の鋼（高
降伏点）である。この組合せは該組合せの機械的
性質故にミクロベンデイングの結果として減衰を
大幅に増大させることがないであろう。追加的な
組合せには銅上のスズ、スズ上のタングステン、
スズ上の銅、亜鉛上の銅、ニツケル上のスズ、お
よび銅上のアルミニウムが含まれる。 追加的な金属系クラツデイング層を所望により
第２の金属系クラツデイング上に形成してもよ
い。例えば、スズを銅上に被着し、以下に示すよ
うに合金化して特別の機械的性質のためにブラス
を形成し、その後ニツケルまたは鉄を磁気的用途
のために該金属系被覆膜上に被着してもよい。 これら金属系被覆膜はガラス繊維系光導波路に
非クラツド系導波路では得られない性質を付与す
る。例えば、該金属系被覆膜はガラス繊維のまわ
りに気密封止を提供する。さらに、機械的、電気
的および磁気的性質を特定の用途に向けて仕立て
ることができる。特に、少なくとも１つの金属系
被覆膜、または少なくとも２つの金属系被覆膜
を、以下に記すように、少なくとも部分的に合金
化することによつて形成された複合体は意図され
た使用温度において強磁性である。二層金属系ク
ラツデイングの一例はスズ上のニツケル（これは
約358℃まで強磁性である）である。 これら金属系クラツデイングは、以後述べるよ
うな溶融プール中の繊維の通過、蒸気メツキ、真
空被着、スパツタ、電着等種々の方法によつて適
用できる。いずれの場合でも、金属系被覆膜は、
ガラス繊維を金属で被覆するためのよく知られた
装置を用い、ガラス繊維が炉から出てきた直後引
張り操作中に該繊維に適用される。重要なこと
は、該金属系被覆膜は、被覆された繊維が巻き取
られる引取りドラムによつて摩擦される機会を該
繊維が持つ前に、さらには該繊維が、その表面に
雰囲気水分が付着できる点まで冷却する前にも、
適用されるということである。 好ましくは、金属系層の少なくとも１つ、最も
好ましくは第１のものは、ガラス繊維をして、該
繊維上に被覆させるべき溶融金属または合金を該
金属または合金の融点よりもやや高い温度で含有
する被覆用カツプ中を通過させることによつて適
用される。該カツプは、該ガラス繊維を通過させ
るに充分に大きいが該溶融金属または合金の表面
張力がそれが流出することを防止できるように充
分に小さい小孔をその底に持つている。該ガラス
繊維が該カツプ中を通過するにつれ、金属または
合金の薄層が該ガラス繊維の表面上に凍結する。
この方法によつてバルク状金属または合金の特性
に類似する特性を有する厚い金属系被覆膜が形成
される。 強固な密着性の金属系層をガラス繊維表面上に
形成するための適切な条件には、該ガラス繊維が
通過する該金属含有浴の温度が該金属または合金
の融点よりもやや高く、一方該ガラス繊維の温度
がこの融点よりも幾分低いということが必要とさ
れる。さらに、合金の場合には、該合金は、冷却
中にこれら合金中における相の凝離を避けるため
に液体状態において溶解性を示すものでなければ
ならない。 該金属系層の厚さは、繊維の引張り速度および
金属被着のパラメータ例えば溶融金属被覆の場合
には該繊維と該金属含有浴との温度差を調節する
ことによつて制御される。典型的には、第１の金
属系クラツデイングの厚さは約10から50μｍまで
の範囲中に、好ましくは約15から20μｍまでの範
囲内にある。その最大の厚さは該繊維の可撓性を
損わないということ、およびさもなければ光学的
性質を阻害しないという要求によつて制限され、
一方その最小の厚さは適切な強度と気密封止を達
成するという要求によつて設定される。第２の金
属系クラツデイングおよびそれ以後の金属系クラ
ツデイングの合計の厚さは約１から200μｍまで
に渡る。約1μｍと小さい厚さは第１の金属系ク
ラツデイングと適切に異なる性質（例えば、パシ
ベーシヨン、陽極酸化等）を確立するために好適
であり、一方より厚い被覆膜（約25ないし200μ
ｍ）は全く異なる構造（例えば、改善された導電
性のためのSn上のAl）を提供できる。 この発明に用いられるガラス繊維において、ガ
ラスクラツデイング層１２の半径方向の厚さを約
10ないし250μｍの範囲内に、好ましくは約10な
いし50μｍの範囲内に維持することが必要であ
る。コア１１の半径は単一モード繊維にとつての
約5μｍから多モード繊維にとつての約200μｍま
での範囲内にあるべきである。普通に用いられて
いる多モード繊維にとつて、当該コアの半径の好
ましい範囲は約25ないし45μｍである。この好ま
しい範囲は、大きなコアに有利であるところの繊
維の添え継ぎの容易さと、小さなコアに有利な超
高純度コア材料の費用との間の損得から生じてい
る。もつとも、該導波路１０の総直径は約500μ
ｍ未満であるべきである。 この結果のガラス繊維系光導波路１０は、他の
金属系および非金属系クラツド形繊維系光導波路
によつて示されるよりも大きな程度に本来のガラ
ス繊維の機械的強度の維持を示す。さらに、この
発明の導波路は、その初期の引張り強さの約3/4
未満で使用すれば該引張り強さの絶対値に係わり
なく、静的疲れによつて破損することはないであ
ろう。 少なくとも２つの金属系被覆膜の形成に続い
て、当該被覆された繊維を、該金属系層の被着の
すぐ後にまたは引取り後いくらかあとの時点で、
熱処理に供してもよい。この加熱は該層間により
強固な機械的結合および（または）化学結合を形
成するためにおこなつてもよく、あるいはスズ上
の銅のような金属の場合には、該加熱は、均一凍
結が必要な溶融液からの被着が可能ではないよう
な広範囲の液相／固相温度がCu−Sn合金の場合
におけるように存在するために、さもなければ、
溶融状態から被着できない合金を生成するために
おこなつてもよい。いずれの場合にも、該加熱は
該金属系被覆膜を少なくとも部分的に合金化する
ために充分な時間および温度条件の下でおこなわ
れる。 金属系層１３と１４との組合せは良好な機械的
保護と汚染に対する気密封止とを提供する。付加
的な機械的保護、化学反応の結果流れる電気に対
する保護および電気的絶縁は、必要に応じて、最
外層の金属系ジヤケツト１４上にプラスチツク保
護被膜１５を適用することによつて達成できる。
例えば、10ないし25μｍと薄いポリギ酸ビニル被
覆膜はステンレス鋼電極および塩水を備えた電解
槽中において当該金属系クラツデイングの一体性
を保持する上で有用である。他のプラスチツク被
覆膜もまた用いることができる。 コア部材１１およびガラスクラツデイング１２
よりなるドープされたシリカ系導波路上の金属系
境界層の、光減衰に及ぼす影響は、クラツデイン
グガラスの厚さが約10μｍよりも厚ければ無視し
得ることが今や知られている。現在の低損失導波
路の大部分を覆うガラスクラツデイングは実際に
は少なくとも約25μｍの範囲にあるので、該金属
系層は導波路の寸法に対してなんの新たな拘束も
与えない。 この発明の導波路は約2/3Tm（〓）（ここで、
Tmは当該金属または合金の融点）までの温度で
少なくとも１年間せいぜい約100％ダメージ（す
なわち、強度のせいぜい約50％損失）で連続的に
動作し得る。昇温下での使用に適した金属および
合金には、上に論じたもので意図された動作温度
よりも少なくとも50％高い融点を持つものが含ま
れる。このような金属系クラツド形光学繊維は、
例えば、油井プローブ（200℃）に、原子炉（350
℃）中における液面センサーとして、およびター
ビンブレード（1000℃）におけるブレード温度監
視用に使用される。 実施例 ゲルマニア−ホスホリア−シリカで形成され
55μｍの半径を有するコアおよびシリカで形成さ
れ60μｍの厚さを有するクラツデイングからなる
ガラス繊維をして、242℃に維持されたSnの溶融
プール中を通過させた。該繊維は該繊維が炉から
出てくるにつれ該溶融プールを介して引張つた。
この引張り速度は約３フイート１秒であつた。
Snの約25μｍの被覆膜が該繊維上に被着された。
この被覆された繊維をドラムに巻き取つた。その
後、Niのオフライン電着をおこない該Sn上にNi
の約35μｍの被覆膜を被着した。
るガラスコア部材と、該コアを同心的に囲包し、
コア／クラツド界面において全内部反射を生じさ
せかつそれによつて該放射を該導波路に沿つて案
内するように該第１の屈折率の最小値よりも少な
くとも0.1％小さいところの該放射に対する第２
の屈折率を有する少なくとも１層を含むガラスク
ラツデイングを含むガラス繊維、および 該ガラス繊維と接触した第１の金属系クラツデ
イング、および少なくとも第２の金属系クラツデ
イング を備えた光電磁放射の伝送に使用される繊維系光
導波路の製造方法であつて、 該第１の金属系クラツデイングの形成温度にお
いて該ガラス繊維材料に対して化学的に実質的に
不活性である金属または合金を用いて該ガラス繊
維上に該第１の金属系クラツデイングを形成する
することによつて、該ガラス繊維の柔軟性および
光学的性質を維持し、該ガラス繊維を気密封止
し、かつ該ガラス繊維に適切な強度を提供する工
程、および 該第１の金属系クラツデイングと接触して少な
くとも１つの他の金属系クラツデイングを形成す
ることによつて、該第１の金属系クラツデイング
とは異なる性質を該導波路に提供する工程を具備
し、 該第１の金属系クラツデイングは、該ガラス繊
維を、該金属または合金を溶融状態で入れた被覆
用カツプを通過させることにより該ガラス繊維上
に形成され、該金属系クラツデイングの１つは、
室温および使用温度よりも高い結晶化温度を有す
るものである ことを特徴とする製造方法。 関連出願の引照 この特許出願は、金属系クラツド形光導波路で
あつて該導波路を構成するシリカと反応しない金
属もしくは合金被覆膜を用いたものを開示し請求
している に提出された出願番号
（PD−80025）に関連している。 発明の背景 １ 発明の分野 この発明はコアを囲包するシリカクラツデイン
グを包含する繊維系光導波路に、および特に、該
シリカクラツデイング上の第１の金属系クラツデ
イングとして該シリカと反応しない金属もしくは
合金被覆膜を用いた多層被覆された金属系クラツ
ド形光導波路に関する。 ２ 先行技術の説明 ドープされたシリカ繊維系光導波路の現在の技
術水準は低損失（5dB／Km以下）が当り前になり
つつある点にまで進んできており、この現出する
技術の成功または失敗をなお決定するかもしれな
い主要な技術的不確実さは該シリカを破損させ得
る有害元素から該シリカを保護するであろうケー
ブル構造に該繊維を束ねることに関係している。
ガラス繊維の脆さはよく知られており、このこと
が、ある早期の探究的システムがその光データリ
ンクにおいて単一ストランドよりもむしろシリカ
繊維の束を用いていた主な理由である。 多くの用途にとつて、この問題に対する解決に
は個々の繊維を強化することが要求される。長さ
が長く（１Kmまたはそれ以上）、引張り強さの高
い繊維が手に入れば、通信およびデータリンクは
重装備したケーブルや束を用いるよりもむしろ軽
量の単一ストランド繊維を用いておこなうことが
できる。 上に論じたタイプの光導波路は米国特許
3434774、3778132、3778827、および3806224にお
いてより詳しく述べられている。このような繊維
系光導波路を熱可塑性プラスチツクおよび紫外線
硬化重合体のような有機材料で被覆することにつ
いて相当な努力が費やされてきている。これら材
料は短期間では満足できるものであるが、気密封
止を形成しない。場合によつては、これらは、ガ
ラス表面を攻撃しかつ繊維を弱めるであろう水分
のような汚染物を通過させるであろう。 光導波路用の、金属で被覆されたガラス繊維が
開示されてきている。例えば、米国特許3778132、
3788827および4089585並びにベルギー国特許
858179参照。しかしながら、光学繊維上に単一の
金属系被覆膜を用いると、しばしば種々の問題に
出会する。金属皮覆膜を光学繊維上に被着させて
いる間に該被覆膜中にピンホールが得られるか、
あるいは、上に述べた特許出願に説明されている
ように、多くの金属および合金はシリカと反応し
て長期に渡つて強度の低下を引き起す。 発明の概要 この発明に従えば、ガラス繊維系光導波路は(a)
金属または合金であつて該金属または合金を該ガ
ラス繊維上に被覆する間の被着温度において該ガ
ラス繊維を構成する材料に対して実質的に化学的
に不活性であるものからなり、該ガラス繊維と接
する第１の金属系クラツデイングおよび(b)該第１
の金属系クラツデイング上の少なくとも１つの付
加的な金属系クラツデイングを有する少なくとも
２つの金属系クラツデイングを備えている。この
発明の構造は光電磁エネルギーの伝送用の可撓性
ガラス繊維系導波路において用いて好適である。
該光導波路は光放射に対する第１の最小屈折率を
有するガラスコア部材および該コアを同心的に囲
包するガラスクラツデイングから本質的になり、
該ガラスクラツデイングは該コア／クラツド界面
において内部反射を生じさせそれによつて該光放
射を該導波路に沿つて案内するために該第１の屈
折率の最小値よりも少なくとも0.1％だけ低いと
ころの該放射に対する第２の屈折率を有する。 有利なことに、該第１の金属系クラツデイング
もしくは被覆膜中における局在化した欠陥（例え
ば、ピンホール開口）は少なくとも１つの付加的
な金属系被覆膜によつて修繕される。さらに、第
２（またはそれ以上）の層を用いることによつて
該第１の金属系被覆膜の厚さを増すことができ
る。これら改良は両方とも、該ガラス繊維を少な
くとも２回同じ金属または合金で被覆することに
よつて達成できる。有利なことに、後の金属系被
覆のための被覆条件はガラス繊維の引張り条件に
よつて課された拘束を受けない。したがつて、後
の金属系被覆膜は第１のものとは異なる組成のも
のであつてよい。この場合、該後の金属または合
金は第１の金属または合金とは明確に異なる物性
を持つていてよい。さらに、機械的性質と光学的
性質との最適の組合せが該導波路内に保持される
ように、該金属または合金のいずれにとつても固
有のものではない物性を有する合金を形成するた
めに後の熱処理を用いてもよい。 【図面の簡単な説明】 図は、この発明の多層被覆された金属系クラツ
ド形繊維系光導波路の詳細を拡大規模で示す一部
断面斜視図。 【発明の詳細な説明】 図（一定の比に応じていない）には、この発明
に従う多層被覆された金属系クラツド形繊維系光
導波路１０が示されている。この導波路は長さが
不定である。導波路１０は中心のコア１１、コア
１１を同心的に囲包するガラスクラツデイング１
２、ガラスクラツデイング１２を同心的に囲包す
る第１の金属系クラツデイングもしくは被覆膜１
３および第１の金属系被覆膜を同心的に囲包する
第２の金属系クラツデイングもしくは被覆膜１４
からなる。コア部分１１は、好ましくは、第１の
屈折率n1を持つ高純度SiO2もしくはドープされ
たシリカである。案内部もしくはクラツデイング
部１２はやや小さい屈折率n2を持つSiO2もしく
はいずれの好適なガラス材料で形成されてもよ
い。コア１１は均一屈折率を持つていてもよい
し、あるいは２以上の層であつて各連続する層は
多モード構造に特に有用な放物勾配に近似するよ
うに下層よりも小さい屈折率を有するものからな
つていてもよい。クラツデイング１２は、普通、
均一な組成のものであるが、勾配つき組成のもの
であつてもよい。第２の屈折率はコア／クラツド
界面において光放射の全内部反射を生じさせ、そ
れによつて導波路に沿つて該光放射を案内するた
めに、一般に、第１の屈折率よりも少なくとも約
0.1％だけ小さい。多モード繊維にあつては、n2
は、普通、n1よりも約１％小さい。 第１の金属系クラツデイング１３はガラス繊維
に対して、より特定すると、クラツデイング部１
２に対して実質的に化学的に不活性の金属もしく
は合金よりなる。すなわち、該金属または合金は
該金属または合金をガラス繊維に被覆する期間中
における被着温度下で該ガラス材料と化学的に反
応しないものである。この第１の金属系被覆膜
は、以後に、より充分に記載するように、該金属
または合金の溶融プール内を繊維をして通過させ
ることによつて適用されることが好ましい。該繊
維上に被覆されるべき金属もしくは合金の溶融プ
ール中を繊維が通過する速度（約１ないし10フイ
ート／秒、通常、約３フイート／秒）に鑑み、該
金属もしくは合金の融点はSiO2の軟化点よりも
高くてもよい。特に、被覆すべき金属もしくは合
金の融点は、繊維自体がその軟化点よりも高い温
度に出会しない限り約2300℃もの高い範囲にあつ
てもよい。 ある金属または合金が上記の条件の下で安定か
どうかを決定するに当り、該金属または合金の該
被着温度における、相応する酸化物の生成の自由
エネルギーを同温度におけるシリカの生成の自由
エネルギーと比較することが必要である。該金属
または合金の酸化物の生成の自由エネルギーは、
該被着温度におけるシリカの生成の自由エネルギ
ーよりも小さく負でなければならない。さもなけ
れば、そのような金属もしくは合金は酸素に対し
てシリコンよりも高い親和性を持つかもしれず、
したがつてSiO2と反応することとなるからであ
る。しかしながら、酸化物生成の動力学が充分に
緩慢なものであれば、相応する酸化物の生成の自
由エネルギーがシリカの生成の自由エネルギーよ
りも幾分大きく負である金属および合金を用いて
もよい。 第１の金属系クラツデイング層に好適な金属元
素には、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニツケル、銅、ヒ素、ストロンチウム、
ジルコニウム、ニオブ、ロジウム、パラジウム、
テルル、バリウム、イリジウム、白金、タリウ
ム、スズ、鉛、亜鉛およびカドミウムが含まれ
る。第１の金属系クラツデイングとして好適な合
金には、これら元素を、相互に組合せて、あるい
は室温であれ幾分高められた温度であれ通常の使
用温度において合金が展性のままである限り金属
系または非金属系の他の元素と組合せて含有する
合金が含まれる。そのような多の合金化する金属
元素の例にはアルミニウムおよびマグネシウムが
あり、一方、そのような他の合金化する非金属元
素の例にはアンチモン、ビスマス、ホウ素、炭
素、リンおよびシリコンがある。毒性、費用、取
扱い易さに関する因子および他の因子のために、
マンガン、ヒ素、ストロンチウム、ロジウム、テ
ルル、バリウム、イリジウム、白金およびタリウ
ムのような元素は、他の点では好適であるが、合
金化用元素としての用途を除きあまり用途が見い
出せず、したがつて元素金属被覆膜としては好ま
しくない。 第２の（およびそれ以後の）金属系クラツデイ
ングはどのような金属および合金であつてもよ
く、そして、該金属が室温または該繊維の予期さ
れる使用温度のいずれか大きい方よりも低い再結
晶温度を有する場合、該第２の金属系クラツデイ
ングは室温または該予期される使用温度のいずれ
か大きい方よりも高い再結晶温度を有する金属も
しくは合金を含まなければならないということを
除いて第１の金属系クラツデイングと同じ拘束を
受けることはない。スズ、鉛、亜鉛およびカドミ
ウムが室温よりも低し再結晶温度を有する金属の
例である。このような場合、第１の金属系クラツ
デイングは緩衝部材として作用し、一方第２の金
属系クラツデイングはこの第１の金属系クラツデ
イングを機械的に拘束する。 第２の（およびその後の）金属系クラツデイン
グは局在化した欠陥を治癒するためまたは厚さを
増大させるために、第１のものと実質的に同じ組
成からなつていてよい。あるいは、第２の（およ
びその後の）金属系クラツデイングはさもなけれ
ば下側のガラス繊維と反応しまたは反応しないか
も知れない異なる金属または合金からなつていて
もよい。それ故に、各金属系クラツデイング単独
よりも良好な機械的性質を有する混合構造を作製
できる。例えば、第１の金属系クラツデイングが
シリカと反応しないスズからなり、第２の金属系
クラツデイングがアルミニウムからなつていても
よい。他の組合せはスズ（低降伏点）上の鋼（高
降伏点）である。この組合せは該組合せの機械的
性質故にミクロベンデイングの結果として減衰を
大幅に増大させることがないであろう。追加的な
組合せには銅上のスズ、スズ上のタングステン、
スズ上の銅、亜鉛上の銅、ニツケル上のスズ、お
よび銅上のアルミニウムが含まれる。 追加的な金属系クラツデイング層を所望により
第２の金属系クラツデイング上に形成してもよ
い。例えば、スズを銅上に被着し、以下に示すよ
うに合金化して特別の機械的性質のためにブラス
を形成し、その後ニツケルまたは鉄を磁気的用途
のために該金属系被覆膜上に被着してもよい。 これら金属系被覆膜はガラス繊維系光導波路に
非クラツド系導波路では得られない性質を付与す
る。例えば、該金属系被覆膜はガラス繊維のまわ
りに気密封止を提供する。さらに、機械的、電気
的および磁気的性質を特定の用途に向けて仕立て
ることができる。特に、少なくとも１つの金属系
被覆膜、または少なくとも２つの金属系被覆膜
を、以下に記すように、少なくとも部分的に合金
化することによつて形成された複合体は意図され
た使用温度において強磁性である。二層金属系ク
ラツデイングの一例はスズ上のニツケル（これは
約358℃まで強磁性である）である。 これら金属系クラツデイングは、以後述べるよ
うな溶融プール中の繊維の通過、蒸気メツキ、真
空被着、スパツタ、電着等種々の方法によつて適
用できる。いずれの場合でも、金属系被覆膜は、
ガラス繊維を金属で被覆するためのよく知られた
装置を用い、ガラス繊維が炉から出てきた直後引
張り操作中に該繊維に適用される。重要なこと
は、該金属系被覆膜は、被覆された繊維が巻き取
られる引取りドラムによつて摩擦される機会を該
繊維が持つ前に、さらには該繊維が、その表面に
雰囲気水分が付着できる点まで冷却する前にも、
適用されるということである。 好ましくは、金属系層の少なくとも１つ、最も
好ましくは第１のものは、ガラス繊維をして、該
繊維上に被覆させるべき溶融金属または合金を該
金属または合金の融点よりもやや高い温度で含有
する被覆用カツプ中を通過させることによつて適
用される。該カツプは、該ガラス繊維を通過させ
るに充分に大きいが該溶融金属または合金の表面
張力がそれが流出することを防止できるように充
分に小さい小孔をその底に持つている。該ガラス
繊維が該カツプ中を通過するにつれ、金属または
合金の薄層が該ガラス繊維の表面上に凍結する。
この方法によつてバルク状金属または合金の特性
に類似する特性を有する厚い金属系被覆膜が形成
される。 強固な密着性の金属系層をガラス繊維表面上に
形成するための適切な条件には、該ガラス繊維が
通過する該金属含有浴の温度が該金属または合金
の融点よりもやや高く、一方該ガラス繊維の温度
がこの融点よりも幾分低いということが必要とさ
れる。さらに、合金の場合には、該合金は、冷却
中にこれら合金中における相の凝離を避けるため
に液体状態において溶解性を示すものでなければ
ならない。 該金属系層の厚さは、繊維の引張り速度および
金属被着のパラメータ例えば溶融金属被覆の場合
には該繊維と該金属含有浴との温度差を調節する
ことによつて制御される。典型的には、第１の金
属系クラツデイングの厚さは約10から50μｍまで
の範囲中に、好ましくは約15から20μｍまでの範
囲内にある。その最大の厚さは該繊維の可撓性を
損わないということ、およびさもなければ光学的
性質を阻害しないという要求によつて制限され、
一方その最小の厚さは適切な強度と気密封止を達
成するという要求によつて設定される。第２の金
属系クラツデイングおよびそれ以後の金属系クラ
ツデイングの合計の厚さは約１から200μｍまで
に渡る。約1μｍと小さい厚さは第１の金属系ク
ラツデイングと適切に異なる性質（例えば、パシ
ベーシヨン、陽極酸化等）を確立するために好適
であり、一方より厚い被覆膜（約25ないし200μ
ｍ）は全く異なる構造（例えば、改善された導電
性のためのSn上のAl）を提供できる。 この発明に用いられるガラス繊維において、ガ
ラスクラツデイング層１２の半径方向の厚さを約
10ないし250μｍの範囲内に、好ましくは約10な
いし50μｍの範囲内に維持することが必要であ
る。コア１１の半径は単一モード繊維にとつての
約5μｍから多モード繊維にとつての約200μｍま
での範囲内にあるべきである。普通に用いられて
いる多モード繊維にとつて、当該コアの半径の好
ましい範囲は約25ないし45μｍである。この好ま
しい範囲は、大きなコアに有利であるところの繊
維の添え継ぎの容易さと、小さなコアに有利な超
高純度コア材料の費用との間の損得から生じてい
る。もつとも、該導波路１０の総直径は約500μ
ｍ未満であるべきである。 この結果のガラス繊維系光導波路１０は、他の
金属系および非金属系クラツド形繊維系光導波路
によつて示されるよりも大きな程度に本来のガラ
ス繊維の機械的強度の維持を示す。さらに、この
発明の導波路は、その初期の引張り強さの約3/4
未満で使用すれば該引張り強さの絶対値に係わり
なく、静的疲れによつて破損することはないであ
ろう。 少なくとも２つの金属系被覆膜の形成に続い
て、当該被覆された繊維を、該金属系層の被着の
すぐ後にまたは引取り後いくらかあとの時点で、
熱処理に供してもよい。この加熱は該層間により
強固な機械的結合および（または）化学結合を形
成するためにおこなつてもよく、あるいはスズ上
の銅のような金属の場合には、該加熱は、均一凍
結が必要な溶融液からの被着が可能ではないよう
な広範囲の液相／固相温度がCu−Sn合金の場合
におけるように存在するために、さもなければ、
溶融状態から被着できない合金を生成するために
おこなつてもよい。いずれの場合にも、該加熱は
該金属系被覆膜を少なくとも部分的に合金化する
ために充分な時間および温度条件の下でおこなわ
れる。 金属系層１３と１４との組合せは良好な機械的
保護と汚染に対する気密封止とを提供する。付加
的な機械的保護、化学反応の結果流れる電気に対
する保護および電気的絶縁は、必要に応じて、最
外層の金属系ジヤケツト１４上にプラスチツク保
護被膜１５を適用することによつて達成できる。
例えば、10ないし25μｍと薄いポリギ酸ビニル被
覆膜はステンレス鋼電極および塩水を備えた電解
槽中において当該金属系クラツデイングの一体性
を保持する上で有用である。他のプラスチツク被
覆膜もまた用いることができる。 コア部材１１およびガラスクラツデイング１２
よりなるドープされたシリカ系導波路上の金属系
境界層の、光減衰に及ぼす影響は、クラツデイン
グガラスの厚さが約10μｍよりも厚ければ無視し
得ることが今や知られている。現在の低損失導波
路の大部分を覆うガラスクラツデイングは実際に
は少なくとも約25μｍの範囲にあるので、該金属
系層は導波路の寸法に対してなんの新たな拘束も
与えない。 この発明の導波路は約2/3Tm（〓）（ここで、
Tmは当該金属または合金の融点）までの温度で
少なくとも１年間せいぜい約100％ダメージ（す
なわち、強度のせいぜい約50％損失）で連続的に
動作し得る。昇温下での使用に適した金属および
合金には、上に論じたもので意図された動作温度
よりも少なくとも50％高い融点を持つものが含ま
れる。このような金属系クラツド形光学繊維は、
例えば、油井プローブ（200℃）に、原子炉（350
℃）中における液面センサーとして、およびター
ビンブレード（1000℃）におけるブレード温度監
視用に使用される。 実施例 ゲルマニア−ホスホリア−シリカで形成され
55μｍの半径を有するコアおよびシリカで形成さ
れ60μｍの厚さを有するクラツデイングからなる
ガラス繊維をして、242℃に維持されたSnの溶融
プール中を通過させた。該繊維は該繊維が炉から
出てくるにつれ該溶融プールを介して引張つた。
この引張り速度は約３フイート１秒であつた。
Snの約25μｍの被覆膜が該繊維上に被着された。
この被覆された繊維をドラムに巻き取つた。その
後、Niのオフライン電着をおこない該Sn上にNi
の約35μｍの被覆膜を被着した。
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