WO2017164025A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2017164025A1
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core
metal element
optical fiber
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mol ppm
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洋宇 佐久間
欣章 田村
森田　圭省
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • US2012 / 0263427A and US7,088,900B describe silica glass-based optical fibers whose cores contain alkali metal elements or alkaline earth metal elements as optical fibers with low Rayleigh scattering loss and low transmission loss.
  • Such an optical fiber is manufactured by drawing an optical fiber preform whose core portion contains an alkali metal element or an alkaline earth metal element.
  • an alkali metal element or an alkaline earth metal element is contained in the core portion of the optical fiber preform, the viscosity of the core portion can be lowered when the optical fiber preform is drawn.
  • the network structure of the silica glass is made uniform, the Rayleigh scattering loss derived from the non-uniform structure can be reduced.
  • alkali metal elements or alkaline earth metal elements are collectively referred to as alkali metal elements and the like.
  • a diffusion method is known as a method of adding an alkali metal element to silica glass.
  • the glass pipe is heated by an external heat source or plasma is generated in the glass pipe while introducing a vapor of alkali metal element or alkali metal salt as a raw material into the silica glass glass pipe.
  • the alkali metal element is diffused and added to the inner surface of the glass pipe.
  • the glass pipe is heated to reduce the diameter.
  • the inner surface of the glass pipe is etched with a certain thickness for the purpose of removing transition metal elements such as Ni and Fe which are simultaneously added as impurities when the alkali metal element is added. Since the alkali metal element diffuses faster than the transition metal element, the alkali metal element can remain even if the transition metal element is removed by etching the glass surface with a certain thickness.
  • the glass rod is heated and solidified to produce a core rod containing an alkali metal element in the center.
  • the core rod containing the alkali metal element may be provided with glass on the outside, and the whole may be used as the core portion of the optical fiber preform.
  • An optical fiber preform is manufactured by synthesizing a cladding portion having a refractive index lower than that of a core portion including a core rod containing an alkali metal element on the outside of the core portion.
  • An optical fiber can be manufactured by melting and drawing this optical fiber preform in a high-temperature furnace by a known method.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber that contains an alkali metal element or the like and can reduce Rayleigh scattering loss.
  • the optical fiber of the present invention is made of silica glass, and includes a core and a clad having a refractive index lower than that of the core and surrounding the core.
  • the core includes a first core including a central axis and a second core surrounding the first core.
  • the average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element is 10 mol ppm or less, and the average concentration of chlorine is 2000 mol ppm or more.
  • the average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element is 10 mol mol ppm or more, and the average concentration of chlorine is 10 to 600 mol mol ppm.
  • mol ppm is the number of moles of dopant atoms contained in 1 million mol of SiO 2 .
  • the above average concentration is a value for each element.
  • the boundary between the first core and the second core is a position where the absolute value of the gradient with respect to the chlorine concentration radius takes a local maximum value.
  • the average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element in the core is 300 mol mol ppm or less. It is preferable that the average concentration of chlorine in the core is 15000 mol mol ppm or less. It is preferable that the alkali metal element or alkaline earth metal element is any one or more selected from rubidium, cesium, and calcium.
  • the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is preferably 0.180 dB / km or less.
  • An optical fiber according to another embodiment of the present invention is made of silica glass, and includes a core and a clad having a refractive index lower than that of the core and surrounding the core.
  • the core includes a first core including a central axis, an intermediate core circumscribing the first core, and a second core circumscribing the intermediate core.
  • the average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element is 10 mol mol ppm or less and the average concentration of chlorine is 2000 mol mol ppm or more.
  • the average concentration of the alkali metal element or the alkaline earth metal element is 10 mol mol ppm or less, and the average concentration of chlorine is 10 to 600 mol mol ppm.
  • the average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element is 10 mol mol ppm or more, and the average concentration of chlorine is 10 to 600 mol mol ppm.
  • the boundary between the first core and the intermediate core is a position where the absolute value of the gradient with respect to the radius of the chlorine concentration takes a local maximum value.
  • the boundary between the intermediate core and the second core is an area inside the core from the position of the maximum concentration of the alkali metal element or alkaline earth metal element, and the gradient of the gradient relative to the radius of the alkali metal element or alkaline earth metal element is This is the position where the absolute value takes the local maximum value.
  • the average concentration of the alkali metal element or alkaline earth metal element in the core is preferably 300 mol mol ppm or less.
  • the average concentration of chlorine in the core is preferably 15000 mol mol ppm or less.
  • the optical fiber of the present invention contains an alkali metal element or the like and can reduce Rayleigh scattering loss.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the radial distribution of Cs concentration in each of the optical fiber preform and the optical fiber.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the optical fiber of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing an optical fiber according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the optical fiber 2.
  • K ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Potassium
  • K is known as a typical alkali metal element.
  • K has a large diffusion coefficient, it is difficult to increase the average concentration in the core of the optical fiber.
  • the present inventor has obtained the following knowledge when manufacturing an optical fiber containing an alkali metal element or the like having a diffusion coefficient smaller than K.
  • a core rod containing an alkali metal element or the like having a diffusion coefficient smaller than K at the center is used, even if the core rod is heated to a temperature of 2000 to 2300 ° C. in the drawing process, the alkali metal element or the like diffuses throughout the core. There wasn't.
  • the viscosity of the core outer periphery and cladding did not decrease, and the difference between the maximum value and the minimum value of the residual stress inside the core was 150 MPa or more. As a result, the Rayleigh scattering loss cannot be sufficiently reduced, and the transmission loss becomes 0.160 dB / km or more at the wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical fiber 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view of the same.
  • the optical fiber 1 includes a core 10 made of silica glass and a clad 14 surrounding the core 10 and made of silica glass.
  • the core 10 includes a first core 11 that includes a central axis, and a second core 12 that surrounds the first core 11.
  • the clad 14 has a refractive index lower than the refractive index of the entire region of the core 10, and particularly has a refractive index lower than the refractive index of the second core 12.
  • the clad 14 is pure silica glass or silica glass containing chlorine or fluorine.
  • the first core 11 has an average concentration of alkali metal elements or the like of 10 mol ppm or less and an average concentration of chlorine of 2000 mol ppm or more.
  • the second core 12 has an average concentration of alkali metal elements and the like of 10 mol ppm or more and an average concentration of chlorine of 10 to 600 mol ppm.
  • the second core 12 includes an alkali metal element having a diffusion coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 12 cm 2 / s or more in silica glass at a temperature of 2000 ° C. to 2300 ° C. and a diffusion coefficient smaller than K.
  • the average concentration of alkali metal elements and the like in the core 10 is 300 mol ppm or less.
  • the average concentration of chlorine in the core 10 is 15000 mol ppm or less.
  • the refractive index of the first core and the refractive index of the second core can be appropriately adjusted by doping with fluorine.
  • the average concentration of chlorine in the first core 11 is 2,000 mol mol ppm or more, an increase in loss due to glass defects in the optical fiber can be avoided.
  • the average concentration of chlorine in the second core 12 is 600 mol mol ppm or less, An optical fiber is obtained that has low loss and is less likely to cause defective parts such as disconnection.
  • the loss tends to decrease up to a certain value as the concentration of the alkali metal element or the like increases, the loss easily increases when the concentration exceeds 300 mol mol ppm, so the loss increases.
  • the average concentration of is preferably 300 mol mol ppm or less.
  • FIG. 3 is a table summarizing the diffusion coefficients of Na, K, Rb, Cs, and Ca.
  • alkali metal elements having a diffusion coefficient smaller than K include Rb, Cs, and Ca.
  • FIG. 4 is a graph showing the radial distribution of Cs concentration in each of the optical fiber preform and the optical fiber.
  • the optical fiber 1 can reduce the viscosity of the core more than K by containing an alkali metal element having a diffusion coefficient smaller than that of K in order to add an alkali metal element or the like to the core at a high concentration. Since the optical fiber 1 has a uniform silica glass network structure, it is possible to reduce the Rayleigh scattering loss caused by the non-uniform structure.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the residual stress inside the core becomes 150 MPa or more, and the Rayleigh scattering loss cannot be sufficiently reduced, and the transmission loss becomes 0.160 dB / km or more at the wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining each process for manufacturing the optical fiber 1. In the following description, an example of specific conditions is also described.
  • a silica glass-based glass pipe for diffusing an alkali metal element (dopant) or the like is prepared.
  • This silica glass-based glass pipe contains 100 mol mol ppm of chlorine and 6,000 mol mol ppm of fluorine, and the concentration of other dopants and impurities is 10 mol mol ppm or less.
  • the silica glass-based glass pipe has an outer diameter of 35 mm and an inner diameter of about 20 mm.
  • Cs is added as a dopant to the inner surface of the silica glass-based glass pipe.
  • 10 g of cesium bromide (CsBr) is used as a raw material.
  • a raw material vapor is generated by heating the raw material to a temperature of 800 ° C. with an external heat source.
  • the raw material vapor is introduced into the silica glass glass pipe together with a carrier gas consisting of oxygen at a flow rate of 1 SLM (1 liter / min converted to the standard state), and the silica glass glass pipe is externally introduced by an oxyhydrogen burner.
  • the silica glass glass pipe is heated so that the surface has a temperature of 2150 ° C.
  • the burner is traversed at a speed of 40 mm / min and heated for a total of 15 turns to diffusely add Cs element to the inner surface of the silica glass-based glass pipe.
  • step S3 the diameter of the silica glass-based glass pipe to which Cs is added is reduced.
  • the silica glass glass pipe is heated by an oxyhydrogen burner so that the outer surface of the silica glass glass pipe becomes 2250 ° C. while oxygen is supplied to the inside of the silica glass glass pipe at 0.5 SLM.
  • the oxyhydrogen burner is traversed and heated for a total of 6 turns, and the silica glass pipe is reduced in diameter until the inner diameter becomes 6 mm.
  • step S4 the inner surface of the silica glass-based glass pipe is etched.
  • gas phase etching is performed by heating the silica glass pipe with an external heat source while introducing a mixed gas of SF 6 (0.2 SLM) and chlorine (0.5 SLM) into the silica glass pipe.
  • a transparent glass rod made of silica glass containing chlorine with an average concentration of 4000 mol mol ppm is subjected to outer peripheral grinding so as to have a diameter of ⁇ 5.0 mm, thereby producing a rod.
  • step S5 the rod produced in step S11 is inserted into the glass pipe obtained in step S4.
  • a mixed gas of oxygen (0.1 SLM) and He (1 SLM) is introduced into the interior of the silica glass pipe 30 under atmospheric pressure, and the surface temperature is reduced to 97 kPa or less while reducing the absolute pressure in the silica glass pipe to a surface temperature of 2150 ° C.
  • the pipe are integrated into a solid rod.
  • a core part (outer diameter 25 mm) is obtained.
  • a core layer not containing an alkali metal element or the like may be applied to the outside of the rod by a known method such as an OVD method or a collapse method.
  • step S6 the core portion is stretched to a diameter of 24 mm, and the outer peripheral portion is ground to a diameter of 17 mm.
  • a clad part is provided outside the core part.
  • a rod-in collapse method is used in which a core portion is inserted into a silica glass-based glass pipe to which fluorine has been added, and both are heated and integrated by an external heat source.
  • the relative relative refractive index difference between the core portion and the cladding portion is about 0.34% at the maximum.
  • a rod formed by integrating the core portion and the clad portion is stretched to have a predetermined diameter, and then a jacket portion containing fluorine is synthesized outside the rod by the OVD method.
  • Manufacture base materials The refractive index of the jacket part is preferably equal to the refractive index of the cladding part, but there may be a difference between the two.
  • an optical fiber can be obtained by drawing the optical fiber preform manufactured by the above optical fiber preform manufacturing method.
  • the drawing speed is 1,800-2,300 m / min, and the drawing tension is 0.5 N.
  • the dopant concentration in the optical fiber after drawing was measured, the average concentration of Cs in the core was 210 mol ppm.
  • the transmission loss of the obtained optical fiber is only 0.158 dB / km at the wavelength of 1550 nm in the prior art, but is reduced to 0.148 dB / km in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical fiber 2 of another embodiment.
  • the optical fiber 2 includes a core 20 made of silica glass and a clad 24 surrounding the core 20 and made of silica glass.
  • the core 20 includes at least a first core 21 including a central axis, an intermediate core 22 circumscribing the first core 21, and a second core 23 circumscribing the intermediate core 22.
  • the clad 24 has a refractive index lower than that of the second core 23.
  • the clad 24 is pure silica glass or silica glass containing chlorine or fluorine.
  • the first core 21 has an average concentration of alkali metal elements or alkaline earth metal elements of 10 mol ppm or less and an average concentration of chlorine of 2000 mol ppm or more.
  • the intermediate core 22 has an average concentration of alkali metal elements or alkaline earth metal elements of 10 mol ppm or less and an average concentration of chlorine of 10 to 600 mol ppm.
  • the second core 23 has an average concentration of alkali metal element or alkaline earth metal element of 10 mol ppm or more and an average concentration of chlorine of 10 to 600 mol ppm.
  • the second core 23 is an alkali metal element or the like having a diffusion coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 12 cm 2 / s or more in silica glass at a temperature of 2000 ° C.
  • the average concentration of alkali metal elements and the like in the core 20 is 300 mol ppm or less.
  • the average concentration of chlorine in the core 20 is 15000 mol ppm or less.
  • the refractive index of the first core, the refractive index of the intermediate core, and the refractive index of the second core can be adjusted as appropriate by doping with fluorine.
  • the optical fiber 2 is stable by having the intermediate core 22 as a buffer region having a low chlorine concentration and a low concentration of alkali metal elements or the like between the first core 21 and the second core 23. Loss is low.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining each process for manufacturing the optical fiber 2. In the following description, an example of specific conditions is also described. Compared with the flowchart shown in FIG. 5, the flowchart shown in FIG. 7 is different in that it further includes a rod-in collapse process 3 (step S12) and a peripheral grinding process (step S13).
  • step S12 the rod produced in step S11 is inserted into a transparent glass pipe made of silica glass containing an average chlorine concentration of 300 mol ppm and having an outer diameter of ⁇ 25mm and an inner diameter of 6mm, and both are integrated. And a new rod.
  • this new rod is stretched to a diameter of 16 mm, and the outer periphery is ground to a diameter of 6 mm.
  • step S5 the rod produced in step S13 is inserted into the glass pipe obtained in step S4, and both are integrated into a solid rod.

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Abstract

拡散係数がＫより小さいアルカリ金属元素等を含みレーリー散乱損失を低くすることができる光ファイバを提供する。光ファイバ１はシリカガラスからなり、コア１０と、前記コア１０よりも屈折率が低く前記コア１０を取り囲むクラッド１４と、を備える。前記コア１０は、中心軸を含む第一コア１１と、前記第一コア１１を取り囲む第二コア１２と、を有する。前記第一コア１１において、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である。前記第二コア１２において、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。

Description

光ファイバ
  本発明は、光ファイバに関するものである。
  ＵＳ２０１２／０２６３４２７Ａ及びＵＳ７，０８８，９００Ｂは、レーリー散乱損失が低く伝送損失が低い光ファイバとして、コアがアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含むシリカガラス系の光ファイバを記載している。このような光ファイバは、コア部にアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素が含まれる光ファイバ母材を線引きすることで製造される。光ファイバ母材のコア部にアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素が含まれていると、この光ファイバ母材を線引きするときにコア部の粘性を下げることができる。その結果、シリカガラスのネットワーク構造が均一化するので、構造の不均一に由来するレーリー散乱損失を低くすることができる。本明細書中では以降特に断りの無い限り、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を総称してアルカリ金属元素等と呼ぶ。
  アルカリ金属元素をシリカガラス中に添加する方法としては拡散法が知られている。拡散法では、原料となるアルカリ金属元素またはアルカリ金属塩などの蒸気をシリカガラス系のガラスパイプ内に導入しながら、ガラスパイプを外部熱源により加熱したり、ガラスパイプ内にプラズマを発生させたりすることで、アルカリ金属元素をガラスパイプの内表面に拡散添加する。
  このようにしてアルカリ金属元素をガラスパイプの内表面近傍に添加した後、このガラスパイプを加熱して縮径させる。縮径後、アルカリ金属元素の添加の際に不純物として同時に添加されてしまうＮｉやＦｅなどの遷移金属元素を除去する目的で、ガラスパイプの内表面を或る厚みでエッチングする。アルカリ金属元素は遷移金属元素より拡散が速いので、ガラス表面を或る厚みでエッチングして遷移金属元素を除去しても、アルカリ金属元素を残留させることが可能である。エッチング後、ガラスパイプを加熱して中実化することで、アルカリ金属元素を中心部に含むコアロッドを製造する。このアルカリ金属元素を含むコアロッドはその外側にガラスを付与し、全体を光ファイバ母材のコア部としても良い。
  アルカリ金属元素を含有するコアロッドを含むコア部より屈折率の低いクラッド部をコア部の外側に合成することで、光ファイバ母材を製造する。そして、この光ファイバ母材を公知の方法で高温の炉で溶融して線引することで光ファイバを製造することができる。
  本発明は、アルカリ金属元素等を含みレーリー散乱損失を低くすることができる光ファイバを提供することを目的とする。
  本発明の光ファイバはシリカガラスからなり、コアと、前記コアよりも屈折率が低く前記コアを取り囲むクラッドと、を備える。前記コアは、中心軸を含む第一コアと、前記第一コアを取り囲む第二コアと、を有する。前記第一コアにおいて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０mol ppm 以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である。また、前記第二コアにおいて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。
　ここで「mol ppm」とは、１００万molのＳｉＯ２に中に含まれるドーパント原子のmol数である。複数のアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を添加した場合、上記の平均濃度は、各元素それぞれにおける値である。第一コアと第二コアの境界は、塩素濃度の半径に対する勾配の絶対値が局所的な最大値を取る位置である。
  本発明の光ファイバにおいて、前記コアにおけるアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が３００ mol ppm以下であるのが好適である。前記コアにおける塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下であるのが好適である。前記アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素が、ルビジウム、セシウム及びカルシウムのうちから選択される何れか一つまたは複数であるのが好適である。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。
  本発明の他の態様の光ファイバはシリカガラスからなり、コアと、前記コアよりも屈折率が低く前記コアを取り囲むクラッドと、を備える。前記コアは、中心軸を含む第一コアと、前記第一コアに外接する中間コアと、前記中間コアに外接する第二コアと、を有する。前記第一コアにおいて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である。前記中間コアにおいて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。また、前記第二コアにおいて、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。
　ここで、第一コアと中間コアの境界は、塩素濃度の半径に対する勾配の絶対値が局所的な最大値を取る位置である。中間コアと第二コアの境界は、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の濃度の最大値の位置よりもコア内の内側の領域で、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の半径に対する勾配の絶対値が局所的な最大値を取る位置である。
  この態様において、前記コアにおけるアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が３００ mol ppm以下であるのが好適である。また、前記コアにおける塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下であるのが好適である。
  本発明の光ファイバは、アルカリ金属元素等を含み、レーリー散乱損失を低くすることができる。
図１は、本発明の実施形態の光ファイバを示す斜視図である。
図２は、本発明の実施形態の光ファイバを示す断面図である。
図３は、光ファイバ母材及び光ファイバそれぞれにおけるＣｓ濃度の半径方向分布を示すグラフである。
図４は、本発明の光ファイバを製造する方法を説明するフローチャートである。
図５は、本発明の他の実施形態の光ファイバを示す断面図である。
図６は、光ファイバ２を製造する方法を説明するフローチャートである。
  以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
  典型的なアルカリ金属元素としてカリウム（Ｋ）が知られているが、Ｋは拡散係数が大きいため光ファイバのコアにおける平均濃度を大きくすることが困難である。一方、本発明者は、拡散係数がＫより小さいアルカリ金属元素等を含む光ファイバを製造するに当たり、以下のような知見を得た。拡散係数がＫより小さいアルカリ金属元素等を中心部に含むコアロッドを用いた場合、そのコアロッドは、線引工程で温度２０００～２３００℃に加熱されても、コア全域にアルカリ金属元素等が拡散しなかった。コア外周やクラッドの粘性が下がらず、コア内部の残留応力の最大値と最小値との差が１５０ＭＰａ以上となってしまった。その結果、レーリー散乱損失を十分に下げることができず、伝送損失が波長１５５０ｎｍで０.１６０ｄＢ／ｋｍ以上となる。
  上記の問題を解決して元素の拡散状態を最適化するための手段としては、線引工程の際の温度や炉内の滞在時間などの条件を最適化することが考えられる。しかし、線引工程の際の温度や炉内の滞在時間などの条件は、光ファイバ母材のサイズや線引速度により支配される。これらの条件を使って元素拡散状態をコントロールすることは光ファイバ母材のサイズや線引速度を制約することになり、製造コストや生産性を制約することになるので好ましくない。
  図１は、本発明の実施形態である光ファイバ１の斜視図であり、図２は同じく断面図である。光ファイバ１は、シリカガラスからなるコア１０と、このコア１０を取り囲みシリカガラスからなるクラッド１４と、を備える。コア１０は、中心軸を含む第一コア１１と、この第一コア１１を取り囲む第二コア１２と、を有する。クラッド１４は、コア10の全領域の屈折率より低い屈折率を有し、特に第二コア１２の屈折率より低い屈折率を有する。クラッド１４は、純粋なシリカガラスまたは塩素もしくはフッ素を含むシリカガラスである。
  第一コア１１は、アルカリ金属元素等の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である。第二コア１２は、アルカリ金属元素等の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。第二コア１２は、温度２０００℃～２３００℃でのシリカガラス中における拡散係数が１×１０－１２ｃｍ２／ｓ以上かつＫより拡散係数が小さいアルカリ金属元素等を含む。コア１０におけるアルカリ金属元素等の平均濃度が３００ mol ppm以下である。コア１０における塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下である。第１コアの屈折率、第２コアの屈折率は、フッ素をドープすることで適宜調節することができる。
  第一コア１１の塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上であることにより、光ファイバのガラス欠陥によるロス増を避けることができる。アルカリ金属元素等を含む領域では塩素濃度を低くしないと結晶が発生し易くなり良好な光ファイバが得られないことから、第二コア１２の塩素の平均濃度が６００ mol ppm以下であることにより、ロスが低く断線などの不良部が発生し難い光ファイバが得られる。また、アルカリ金属元素等の濃度が高いほど一定値まではロスが下がる傾向があるものの、その濃度が３００ mol ppmを超えると結晶化し易くなってロスが増加するので、コア１０におけるアルカリ金属元素等の平均濃度が３００ mol ppm以下であるのが好ましい。
  図３は、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａそれぞれの拡散係数を纏めた表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 Ｋより拡散係数が小さいアルカリ金属元素等として、Ｒｂ、Ｃｓ及びＣａが挙げられる。図４は、光ファイバ母材及び光ファイバそれぞれにおけるＣｓ濃度の半径方向分布を示すグラフである。
  光ファイバ１は、アルカリ金属元素等をコアに高濃度に添加するためにＫより拡散係数が小さいアルカリ金属元素等を含むことにより、Ｋよりコアの粘性を低減することができる。光ファイバ１は、シリカガラスのネットワーク構造が均一化するので、構造の不均一に由来するレーリー散乱損失を低くすることができる。
  先行技術では、アルカリ金属元素を含む第一コア部のまわりに平均塩素濃度が１,０００ mol ppmの第二コア部を付与することで、線引時に生じるガラス欠陥を塩素が修復し、波長１５５０ｎｍでの伝送損失０.１５４ｄＢ／ｋｍ以下を達成していた。Ｋより拡散係数が小さいアルカリ金属元素をコア中心にドープする製法では、線引工程で２０００～２３００℃に加熱されてもコア全域にアルカリ金属元素等が拡散せずにコア外周やクラッド部の粘性が下がらない。その結果、コア内部における残留応力の最大値と最小値との差が１５０ＭＰａ以上となり、レーリー散乱損失を十分に下げることができず、伝送損失が波長１５５０ｎｍで０.１６０ｄＢ／ｋｍ以上となる。
  図５は、光ファイバ１を製造するための各工程を説明するフローチャートである。以下の説明では、具体的な条件の一例についても記載している。
  準備工程（ステップＳ１）では、アルカリ金属元素（ドーパント）等を拡散させるべきシリカガラス系のガラスパイプを準備する。このシリカガラス系のガラスパイプは、１００ mol ppmの塩素及び６,０００ mol ppmのフッ素を含み、その他のドーパント及び不純物の濃度が１０ mol ppm以下である。このシリカガラス系のガラスパイプの外径は直径３５ｍｍであり、内径は直径２０ｍｍ程度である。
  添加工程（ステップＳ２）では、ドーパントとしてＣｓをシリカガラス系のガラスパイプの内表面に添加する。原料として臭化セシウム（ＣｓＢｒ）１０ｇを用いる。外部熱源で原料を温度８００℃に加熱して原料蒸気を発生させる。１ＳＬＭ（標準状態に換算して１リットル／min）の流量の酸素からなるキャリアガスと共に原料蒸気をシリカガラス系のガラスパイプに導入しながら、外部から酸水素バーナによってシリカガラス系のガラスパイプの外表面が温度２１５０℃となるようにシリカガラス系のガラスパイプを加熱する。このとき、４０ｍｍ／minの速さでバーナをトラバースさせて合計１５ターン加熱し、Ｃｓ元素をシリカガラス系のガラスパイプの内表面に拡散添加させる。
  縮径工程（ステップＳ３）では、Ｃｓが添加されたシリカガラス系のガラスパイプを縮径する。このとき、シリカガラス系のガラスパイプの内部に酸素を０.５ＳＬＭ流しながら、酸水素バーナによってシリカガラス系のガラスパイプの外表面が２２５０℃となるようにシリカガラス系のガラスパイプを加熱する。酸水素バーナをトラバースさせて合計６ターン加熱し、シリカガラスパイプを内直径が６ｍｍになるまで縮径する。
  エッチング工程（ステップＳ４）では、シリカガラス系のガラスパイプの内面をエッチングする。このとき、ＳＦ６（０.２ＳＬＭ）及び塩素（０.５ＳＬＭ）の混合ガスをシリカガラスパイプの内部に導入しながら、外部熱源でシリカガラスパイプを加熱して気相エッチングを行う。このようにすることで、目的のドーパントと共に添加された不純物を高濃度に含むパイプ内面を削ることができ、この不純物を除去することができる。
  ロッド作製工程（ステップＳ１１）で、平均濃度４０００ mol ppmの塩素を含むシリカガラスからなる透明ガラスロッドを径Φ５.０ｍｍとなるように外周研削し、ロッドを作製する。
  ロッドインコラプス工程１（ステップＳ５）では、ステップＳ１１で作製したロッドを、ステップＳ４で得たガラスパイプ内に挿入する。酸素（０.１ＳＬＭ）及びＨｅ（１ＳＬＭ）の混合ガスを大気圧下のシリカガラスパイプ３０の内部に導入し、シリカガラスパイプ内の絶対圧を９７ｋＰａ以下に減圧しながら表面温度を２１５０℃としてロッドとパイプを一体化し中実のロッドとする。この中実化により、コア部（外径２５ｍｍ）を得る。このロッドの外側にＯＶＤ法やコラプス法といった公知の方法でアルカリ金属元素等を含まないコア層を付与しても良い。
  延伸研削工程（ステップＳ６）では、コア部を延伸して直径２４ｍｍとし、更に外周部を研削して直径１７ｍｍとする。
  ロッドインコラプス工程２（ステップＳ７）では、コア部の外側にクラッド部を設ける。このとき、フッ素が添加されたシリカガラス系のガラスパイプの内部にコア部を挿入して、外部熱源によって両者を加熱し一体化するロッドインコラプス法を用いる。コア部とクラッド部との相対比屈折率差は最大で０.３４％程度である。このロッドインコラプス法による合成の結果、コア部及びその近傍のクラッド部の水分量は十分に低く抑制することが可能である。
  ＯＶＤ工程（ステップＳ８）では、コア部及びクラッド部が一体化されてなるロッドを延伸して所定径とした後、そのロッドの外側にフッ素を含むジャケット部をＯＶＤ法により合成して、光ファイバ母材を製造する。なお、ジャケット部の屈折率はクラッド部の屈折率と等しいことが好ましいが、両者に差があってもよい。
  線引工程（ステップＳ９）では、以上の光ファイバ母材製造方法により製造された光ファイバ母材を線引することで光ファイバを得ることができる。線引速度は１,８００～２,３００ｍ／minであり、線引張力は０.５Ｎである。線引後の光ファイバ中のドーパント濃度を測定したところ、コアにおけるＣｓの平均濃度は２１０ mol ppmであった。得られた光ファイバの伝送損失は、先行技術では波長１５５０ｎｍで０.１５８ｄＢ／ｋｍに留まるが、本実施形態では０.１４８ｄＢ／ｋｍまで下げられる。
  図６は、他の実施形態の光ファイバ２の構成を示す断面図である。光ファイバ２は、シリカガラスからなるコア２０と、このコア２０を取り囲みシリカガラスからなるクラッド２４と、を備える。コア２０は、中心軸を含む第一コア２１と、この第一コア２１に外接する中間コア２２と、この中間コア２２に外接する第二コア２３と、を少なくとも有する。クラッド２４は、第二コア２３の屈折率より低い屈折率を有する。クラッド２４は、純粋なシリカガラスまたは塩素もしくはフッ素を含むシリカガラスである。
  第一コア２１は、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である。中間コア２２は、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。第二コア２３は、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである。第二コア２３は、温度２０００℃～２３００℃でのシリカガラス中における拡散係数が１×１０－１２ｃｍ２／ｓ以上かつＫより拡散係数が小さいアルカリ金属元素等（例えば、Ｒｂ、ＣｓおよびＣａ）を含む。コア２０におけるアルカリ金属元素等の平均濃度が３００ mol ppm以下である。コア２０における塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下である。第１コアの屈折率、中間コアの屈折率、第２コアの屈折率は、フッ素をドープすることで適宜調節することができる。
  光ファイバ１と比べて、光ファイバ２は、第一コア２１と第二コア２３との間に塩素濃度が低くアルカリ金属元素等の濃度も低い緩衝領域として中間コア２２を有することにより、安定的にロスが低くなる。
  図７は、光ファイバ２を製造するための各工程を説明するフローチャートである。以下の説明では、具体的な条件の一例についても記載している。図５に示されたフローチャートと比べると、図７に示されるフローチャートは、ロッドインコラプス工程３（ステップＳ１２）及び外周研削工程（ステップＳ１３）を更に有する点で相違する。
  ロッドインコラプス工程３（ステップＳ１２）で、ステップＳ１１で作製したロッドを、平均塩素濃度３００ mol ppmを含むシリカガラスでできた外径Φ２５ｍｍ、内径６ｍｍの透明ガラスパイプに挿入し、両者を一体化して新たなロッドとする。
  外周研削工程（ステップＳ１３）で、この新たなロッドを延伸して直径１６ｍｍとし、更に外周部を研削して直径６ｍｍとする。
  ロッドインコラプス工程１（ステップＳ５）では、ステップＳ１３で作製したロッドを、ステップＳ４で得たガラスパイプ内に挿入し，両者を一体化して中実のロッドとする。

Claims (8)

  1.   中心軸を含み、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である第一コアと、前記第一コアを取り囲み、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである第二コアとを有するコアと、
    　前記コアを取り囲み前記コアよりも屈折率の低いクラッドと、
    を備えるシリカガラスからなる光ファイバ。
  2.   前記コアにおけるアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が３００ mol ppm以下である、
      請求項１に記載の光ファイバ。
  3.   前記コアにおける塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下である、
      請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4.   前記アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素が、ルビジウム、セシウム及びカルシウムのうちから選択される何れか一つまたは複数である、
      請求項１～３の何れか１項に記載の光ファイバ。
  5.   波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下である、
      請求項１～４の何れか１項に記載の光ファイバ。
  6.   コアが、中心軸を含み、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が２０００ mol ppm以上である第一コアと、前記第一コアに外接し、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以下であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである中間コアと、前記中間コアに外接し、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が１０ mol ppm以上であって、塩素の平均濃度が１０～６００ mol ppmである第二コアと、を有するコアと、
      前記コアを取り囲み前記コアよりも屈折率の低いクラッドと、
    を備えるシリカガラスからなる光ファイバ。
  7.   前記コアにおけるアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の平均濃度が３００ mol ppm以下である、
      請求項６に記載の光ファイバ。
  8.   前記コアにおける塩素の平均濃度が１５０００ mol ppm以下である、
      請求項６または７に記載の光ファイバ。
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