WO2021117825A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2021117825A1
WO2021117825A1 PCT/JP2020/046101 JP2020046101W WO2021117825A1 WO 2021117825 A1 WO2021117825 A1 WO 2021117825A1 JP 2020046101 W JP2020046101 W JP 2020046101W WO 2021117825 A1 WO2021117825 A1 WO 2021117825A1
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core
optical fiber
silica glass
viscosity
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PCT/JP2020/046101
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長谷川　健美
雄揮 川口
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住友電気工業株式会社
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    • G02B6/03683—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 4 layers only arranged - - + +

Definitions

  • a low transmission loss pure silica core optical fiber when in place of:: (Standard Single Mode Fiber SSMF ), used in long distance transmission (PSCF Pure Silica Core Fiber) is a standard single-mode optical fiber having a GeO 2 doped core Is increasing.
  • PSCF has a core made of silica glass containing no GeO 2 and a clad made of silica glass whose refractive index is lowered by adding fluorine (F).
  • F fluorine
  • the addition of F to silica glass is realized by heating and sintering the soot body of silica glass in the atmosphere of a fluorine-containing gas such as SiF 4 or CF 4, and this F is added.
  • the process is generally less productive and more costly than the process of producing pure silica glass. This tendency becomes more remarkable as the F concentration becomes higher.
  • the outer diameter of the clad is 125 ⁇ m, whereas the outer diameter of the core is only about 10 ⁇ m.
  • the low productivity of the clad that occupies 99% or more of the volume has a great influence on the productivity of the entire optical fiber.
  • PSCF is more expensive than SSMF, and at present, the production volume of the entire industry is only about 1/100 of SSMF.
  • SSMF has a clad made of pure silica glass or silica glass containing a very small amount of F, and a core made of silica glass whose refractive index is increased by adding GeO2. Since the clad productivity is high, the productivity is higher than that of PSCF, but the addition of GeO2 to the core increases the transmission loss. Comparing the transmission loss at a wavelength of 1550 nm, PSCF is 0.15 dB / km or more and 0.17 dB / km or less, while SSMF is as high as 0.18 dB / km or more and 0.20 dB / km or less.
  • an optical fiber having an increased refractive index by adding bromine (Br) instead of GeO2 to the core and a method for manufacturing the same are described in the following patent documents. Proposed in 2.
  • SiBr4 which is approximately equal to atmospheric pressure, it is possible to add Br at a concentration sufficient to guide light, and SiBr4 has a higher molecular weight than SiCl4. Is large and difficult to vaporize.
  • the optical fiber according to the embodiment of the present disclosure includes a core extending along a central axis and a clad surrounding the core.
  • the core consists of bromine-added silica glass.
  • the clad consists of silica glass having a refractive index lower than the maximum index of refraction of the core.
  • the residual stress of the core is the compressive stress.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber according to each embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of each of the optical fibers (types A to C) according to the first to third embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type A) according to the first embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber. ..
  • FIG. 4 is an enlarged view of the region R1 in the refractive index profile and viscosity distribution shown in FIG. FIG.
  • FIG. 5 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type B) according to the second embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber.
  • FIG. 6 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type C) according to the third embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical fiber according to a fourth embodiment (type D) of the present disclosure.
  • FIG. 8 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber according to the fourth embodiment (type D) of the present disclosure, which are shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber. ..
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide an optical fiber having a structure capable of being produced with low transmission loss and high productivity.
  • the "optical fiber" has one central axis, is substantially rotationally symmetric around the central axis, and has a translationally symmetric structure along the central axis. ..
  • the components of the optical fiber such as the core, clad, and coating are also assumed to have a substantially rotationally symmetric structure around the central axis and a translationally symmetric structure along the central axis. If these assumptions are applicable, the physical property values of the components of the optical fiber are defined in any cross section orthogonal to the central axis.
  • the physical property values in the above-mentioned cross section are measured values obtained by measuring with a predetermined spatial resolution at a spatially uniform frequency. Substituted by statistics for the set. Further, unless otherwise specified, the above spatial resolution assumes a circle with a radius of 1 ⁇ m, which is an approximation of the operating wavelength of the optical fiber.
  • the refractive index profile of the core is a specific refractive index difference ⁇ 0 at a portion distant from the central axis by a distance r0 along the radial direction, a distance longer than the distance r0.
  • the optical fiber according to the embodiment of the present disclosure includes, as one embodiment, a core extending along a central axis and a clad surrounding the core.
  • the core consists of bromine-added silica glass.
  • the clad consists of silica glass having a refractive index lower than the maximum index of refraction of the core.
  • the residual stress of the core is the compressive stress.
  • the clad may have a multi-layer structure.
  • the clad is composed of a first clad that surrounds the core in contact with the outer peripheral surface of the core, and a second clad that surrounds the first clad in contact with the outer peripheral surface of the first clad.
  • the first clad is made of silica glass to which fluorine has been added.
  • the second clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added. Further, the second clad has tensile stress.
  • the second clad is preferably pure silica glass in which the concentration of halogen elements is suppressed to less than 0.1 wt%.
  • the concentration of halogen elements is suppressed to less than 0.1 wt%.
  • the multilayer structure of the clad includes a first clad that surrounds the core in contact with the outer peripheral surface of the core and the first clad in contact with the outer peripheral surface of the first clad. It may be composed of a second clad that surrounds the second clad and a third clad that surrounds the second clad in contact with the outer peripheral surface of the second clad.
  • the first clad is made of silica glass to which fluorine has been added.
  • the second clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added. With this configuration, the residual stress of the second clad is the tensile stress.
  • the third clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added.
  • the third clad residual stress is a compressive stress. Even with such a configuration, a lower transmission loss can be realized, and both the low transmission loss and the high productivity can be achieved at the same time.
  • the core further contains chlorine and the optical fiber has a viscosity adjusting region.
  • the viscosity adjustment region is a region defined on the cross section of the optical fiber orthogonal to the central axis, and is adjacent across the boundary between the core and the clad (or the first clad if the clad has a multilayer structure). It consists of a part of the core and a part of the clad.
  • the viscosity adjusting region has a shape surrounding the central axis in a state of being separated from the central axis, and the shape of the viscosity adjusting region (planar shape defined on the cross section) is along a distance (along the radial direction).
  • the viscosity distribution (distribution defined along the radial direction) of the optical fiber has a viscosity distribution that continuously changes along the radial direction.
  • the radial direction coincides with the direction from the central axis toward the outer circumference of the optical fiber on the cross section of the optical fiber.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber according to each embodiment of the present disclosure.
  • the optical fiber manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 cools a wire drawing furnace 23 for heating one end of an optical fiber base material (preform) 10, a temperature-controlled heating furnace 24, and bare fibers drawn in a He atmosphere.
  • a taker 30 is provided.
  • the resin coating device 21 is configured by the die 26 and the ultraviolet light source 27, and the resin coating device 21 provides a primary coating on the outer peripheral surface of the bare fiber.
  • a resin coating device 22 (including a die and an ultraviolet light source) having a structure similar to that of the resin coating device 21 located on the upstream side is arranged downstream of the resin coating device 21 and is provided by the resin coating device 21 on the upstream side.
  • a secondary coating is provided on the outer peripheral surface of the primary coating.
  • one end of the prepared optical fiber base material 10 is heated by the drawing furnace 23, and the bare fiber is spun from the heated end.
  • the temperature of the bare fiber coming out of the drawing furnace 23 is gradually lowered in the temperature-controlled heating furnace 24.
  • the bare fiber coming out of the heating furnace 24 passes through the die 26 after being cooled in the He atmosphere of the cooling device 25.
  • a coating resin primary coating
  • the coated resin is cured by being irradiated with ultraviolet rays by the ultraviolet light source 27.
  • the optical fiber 100 is obtained by providing the secondary coating by the resin coating device 22 on the primary coating provided by the resin coating device 21.
  • the roller 28 has a rotating surface that is inclined with respect to the traveling direction of the optical fiber 100 obtained by passing through the resin coating device 21 and the resin coating device 22. As a result, the optical fiber 100 is twisted, and the polarization mode dispersion can be reduced.
  • the capstan 29 is located downstream of the roller 28 and applies a predetermined tension to the optical fiber 100. As a result, compressive stress and tensile stress remain in the core and clad of the optical fiber 100 after drawing.
  • the optical fiber 100 that has passed through the capstan 29 is wound by a winder 30 that rotates in the direction indicated by the arrow S in the drawing.
  • the resin coating device 21 that provides the primary coating and the resin coating device 22 that provides the secondary coating are arranged in order along the fiber traveling direction, but the secondary coating is the primary coating.
  • the coated optical fiber may be provided after being wound by the winder 30. In this case, the resin coating device 22 is unnecessary. That is, when the optical fiber provided with the primary coating is rewound from the winding machine 30 to another winding device, the secondary coating is provided on the optical fiber to be rewound.
  • the cross-sectional structure of the optical fiber 100 obtained by the optical fiber manufacturing apparatus 1 having the above-mentioned structure is similar to the cross-sectional structure of the optical fiber base material 10. Therefore, by setting the optical fiber base material 10 having a different cross-sectional structure in the optical fiber manufacturing apparatus 1, the optical fiber 100a according to the first embodiment, the optical fiber 100b according to the second embodiment, and the third Optical fibers having various cross-sectional structures such as the optical fiber 100c according to the embodiment can be obtained.
  • FIG. 2 The type A optical fiber shown in the upper part of FIG. 2 is the optical fiber 100a according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 shows a refractive index profile 150a, a viscosity distribution 151a, and a stress distribution 152a shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100a.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the region R1 in the refractive index profile 150a and the viscosity distribution 151a shown in FIG.
  • the type A optical fiber 100a includes a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100a and a clad 120 surrounding the core 110. , A primary coating 210 surrounding the clad and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210.
  • the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br).
  • the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
  • the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
  • the clad 120 is made of pure silica glass or silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 3000 ppm or less. More preferably, it is made of silica glass in which the total concentration of chlorine, fluorine, and other halogen elements is suppressed to 0.1 wt% or less.
  • FIG 3 shows a simplified refractive index profile 150a of the optical fiber 100a according to the first embodiment.
  • the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150a, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
  • the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the optical fiber 100a according to the first embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
  • the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 120 ⁇ m2 or less.
  • the outer diameter of the clad 120 is preferably 125 ⁇ 1 ⁇ m.
  • the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
  • the median value of the viscosity of the core 110 becomes lower than the maximum value of the viscosity of the clad 120. More preferably, the median viscosity of the core 110 is lower than the 75% percentile of viscosity in the clad 120. More preferably, it is lower than the median viscosity of the clad 120. Due to such a difference in viscosity of each part, the tension at the time of manufacturing the optical fiber 100a, especially at the time of drawing the base metal, is supported by the clad 120, and as a result, the tensile stress remains in the clad 120 of the optical fiber 100a after drawing.
  • FIG. 3 shows a simplified viscosity distribution 151a and a simplified stress distribution 152a of the optical fiber 100a according to the first embodiment.
  • the horizontal axes of the refractive index profile 150a, the viscosity distribution 151a, and the stress distribution 152a shown in FIG. 3 are positions on a cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100a (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
  • the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
  • the absolute value of the compressive stress of the core 110 is preferably 15 MPa or more, preferably 30 MPa or more. It is more preferable to have it. More preferably, the absolute value of the compressive stress of the core 110 is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in the core 110, and is preferably 30 MPa or more. If tensile stress remains in the glass, an increase in transmission loss due to glass defects is likely to occur.
  • the residual stress of the core 110 is a compressive stress in which the absolute value of the average value or the absolute value of the 75% percentile value is sufficiently large, the increase in transmission loss due to the local tensile stress is effective. It is suppressed.
  • the residual stress is represented by a plus sign value and the compressive stress is represented by a minus sign value, and the percentile value is defined by the ratio when the signed values are arranged from the smallest sign.
  • the viscosity differs between the core 110 and the clad 120, but the spatial change is preferably continuous and gradual. If the viscosity difference between the core 110 and the clad 120 is steep, large fluctuations in the structure and residual stress occur at the boundary between the core 110 and the clad 120 due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the clad 120, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity. More preferably, as shown in FIG.
  • a viscosity adjusting region having a width of 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, including the boundary portion between the core 110 and the clad 120 (point P0 at which the absolute value of the refractive index gradient is maximum) is included.
  • AD it is preferable that the viscosity changes continuously.
  • the viscosity adjustment region AD is defined on the cross section of the optical fiber 100a orthogonal to the central axis AX, it is arranged so as to sandwich the boundary between the core 110 and the clad 120 at a distance of 2 ⁇ m or more, preferably 3 ⁇ m or more. It is an annular region having an inner peripheral portion and an outer peripheral portion. Therefore, the distance between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion corresponds to the width of the viscosity adjusting region AD defined along the radial direction.
  • the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
  • the type B optical fiber shown in the middle of FIG. 2 is the optical fiber 100b according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 shows a refractive index profile 150b, a viscosity distribution 151b, and a stress distribution 152b shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100b.
  • the distribution shape of the region R2 in the viscosity distribution 151b shown in FIG. 5 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
  • the type B optical fiber 100b has a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100b and a first clad 120a surrounding the core 110.
  • a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a primary coating 210 surrounding the second clad 120b, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210 are provided.
  • the clad 120 is composed of the first clad 120a and the second clad 120b.
  • the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br), similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment.
  • the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
  • the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
  • the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
  • the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
  • FIG. 5 shows a simplified index of refraction profile 150b of the optical fiber 100b according to the second embodiment.
  • the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150b, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
  • the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the optical fiber 100b according to the second embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
  • the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 160 ⁇ m2 or less.
  • the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a and the second clad 120b is 125 ⁇ 1 ⁇ m, that is, the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220.
  • the outer diameter (practically the outer diameter of the secondary coating 220) is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
  • the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
  • FIG. 5 shows a simplified viscosity distribution 151b and a simplified stress distribution 152b of the optical fiber 100b according to the second embodiment.
  • the horizontal axes of the refractive index profile 150b, the viscosity distribution 151b, and the stress distribution 152b shown in FIG. 5 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100b (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
  • the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
  • the absolute value of the compressive stress of the core 110 is preferably 15 MPa or more, preferably 30 MPa or more. It is more preferable to have it. More preferably, the absolute value of the compressive stress of the core 110 is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each of the core 110 and the first clad 120a. If tensile stress remains in the glass, an increase in transmission loss due to glass defects is likely to occur.
  • the residual stress of the core 110 and the first clad 120a is a compressive stress in which the absolute value of the average value or the absolute value of the 75% percentile value is sufficiently large, the transmission loss due to the local tensile stress The increase is effectively suppressed.
  • the viscosity is different between the core 110 and the first clad 120a as in the optical fiber 100a according to the first embodiment described above, but the spatial change is continuous. It is preferable that it is targeted and gentle. If the viscosity difference between the core 110 and the first clad 120a is steep, large fluctuations in the structure and residual stress will occur at the boundary between the core 110 and the first clad 120a due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the first clad 120a, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity.
  • the distribution shape of the region R2 of the viscosity distribution 151b is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100b according to the second embodiment, the width including the boundary portion between the core 110 and the first clad 120a (point P0 at which the absolute value of the refractive index gradient is maximum) is 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more. It is preferable that the viscosity is continuously changed in the viscosity adjusting region AD (annular region) of the above.
  • the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
  • the second clad 120b that supports the linear tensile force is separated from the core 110 as compared with the optical fiber 100a according to the first embodiment described above.
  • the degree of freedom in selecting the composition of the core 110 and the first clad 120a is increased.
  • a difference in the refractive index can be formed between the core 110 and the first clad 120a, so that the required concentration of Br or Cl to be added to the core 110 Can be kept low. This suppresses a decrease in yield due to foaming in the core 110 due to the addition of high concentrations of Br and Cl.
  • the type C optical fiber shown in the lower part of FIG. 2 is the optical fiber 100c according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 shows a refractive index profile 150c, a viscosity distribution 151c, and a stress distribution 152c shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100c.
  • the distribution shape of the region R3 in the viscosity distribution 151c shown in FIG. 6 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
  • the type C optical fiber 100c has a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100c and a first clad 120a surrounding the core 110.
  • a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a third clad 120c surrounding the second clad 120b, a primary coating 210 surrounding the third clad 120c, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210.
  • the clad 120 is composed of the first clad 120a, the second clad 120b, and the third clad 120c.
  • the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br), similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
  • the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
  • the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
  • the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
  • the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
  • the third clad 120c contains an F or OH group and has a viscosity lower than that of the second clad 120b.
  • FIG. 6 shows a simplified refractive index profile 150c of the optical fiber 100c according to the third embodiment.
  • the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150c, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
  • the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the optical fiber 100c according to the third embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
  • the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 160 ⁇ m2 or less.
  • the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a, the second clad 120b, and the third clad 120c (actually, the outer diameter of the third clad 120c) is 125 ⁇ 1 ⁇ m.
  • the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
  • the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
  • FIG. 6 shows a simplified viscosity distribution 151c and a simplified stress distribution 152c of the optical fiber 100c according to the third embodiment.
  • the horizontal axes of the refractive index profile 150c, the viscosity distribution 151c, and the stress distribution 152c shown in FIG. 6 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100c (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
  • the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
  • the absolute value of the compressive stress (absolute value of the average value of the residual stress in each part) in each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is 15 MPa or more. Is preferable, and 30 MPa or more is more preferable. More preferably, the absolute value of the compressive stress in each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each part.
  • the optical fiber 100c according to the third embodiment between the core 110 and the first clad 120a, similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment described above.
  • the spatial change is continuous and gradual. If the viscosity difference between the core 110 and the first clad 120a is steep, large fluctuations in the structure and residual stress will occur at the boundary between the core 110 and the first clad 120a due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the first clad 120a, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity.
  • the distribution shape of the region R3 of the viscosity distribution 151c is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100c according to the third embodiment, the viscosity is adjusted to have a width of 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, including the boundary portion between the core 110 and the first clad 120a (point P0 at which the refractive index gradient is maximum). In the region AD (annular region), it is preferable that the viscosity is continuously changed.
  • the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
  • the compressive stress remains in the outermost third clad 120c in the multilayer structure of the clad 120.
  • the dynamic fatigue coefficient is 20 or more.
  • the type D optical fiber shown in FIG. 7 is the optical fiber 100d according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 shows a refractive index profile 150d, a viscosity distribution 151d, and a stress distribution 152d shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100d.
  • the distribution shape of the region R4 in the viscosity distribution 151d shown in FIG. 8 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
  • the type D optical fiber 100d includes a core 110d extending along the central axis AX of the optical fiber 100d, a first clad 120a surrounding the core 110d, and the first clad 120a.
  • a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a primary coating 210 surrounding the second clad 120b, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210 are provided.
  • the clad 120 is composed of the first clad 120a and the second clad 120b.
  • the core 110d includes a first core 111d extending along the central axis AX and a second core 112d surrounding the first core 111d and extending along the central axis AX.
  • the first core 111d is made of silica glass to which an alkaline element is added.
  • the alkaline element is one or more of sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), or cesium (Cs).
  • the atomic number concentration of the alkaline element in the first core 111d is 1 ppm or more and 100 ppm or less with respect to the number of silicon (Si) atoms in the silica glass, so that the increase in transmission loss due to the addition is suppressed and at the same time, the first core 111d
  • the viscosity of silicon can be effectively reduced.
  • chlorine (Cl) and fluorine (F) may be co-added to the first core 111d, whereby the viscosity can be further effectively reduced.
  • the second core 112d is made of silica glass (SiO 2 ) containing bromine (Br), like the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
  • the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
  • the maximum specific refractive index difference of the core 110d is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
  • the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
  • the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
  • FIG 8 shows a simplified refractive index profile 150d of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment.
  • the profile shape in the outer region of the core 110d is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150d, the profile shape of the core 110d is shown as a schematic shape.
  • the diameter of the core 110d is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
  • the optical fiber 100d according to the fourth embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
  • the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m 2 or more and 160 ⁇ m 2 or less.
  • the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a and the second clad 120b is 125 ⁇ 1 ⁇ m.
  • the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
  • the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b due to the difference in the concentration of the above-mentioned additives. More preferably, the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
  • FIG. 8 shows a simplified viscosity distribution 151d and a simplified stress distribution 152d of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment.
  • the horizontal axes of the refractive index profile 150d, the viscosity distribution 151d, and the stress distribution 152d shown in FIG. 8 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100d (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
  • the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
  • the absolute value of the compressive stress (absolute value of the average value of the residual stress in each part) in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is 15 MPa. It is preferably more than that, and more preferably 30 MPa or more. More preferably, the absolute value of the compressive stress in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each portion.
  • the average value or the 75% percentile value of the residual stress remaining in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is locally large enough to be a compressive stress. The increase in transmission loss due to the typical tensile tension is suppressed.
  • the second core 112d and the first clad 120a are the same as the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
  • the spatial changes are preferably continuous and gradual. If the viscosity difference between the second core 112d and the first clad 120a, which have a large difference in refractive index between them, is steep, the structure and residual stress will fluctuate significantly due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs at the boundary between the second core 112d and the first clad 120a. This can cause an increase in transmission loss.
  • the distribution shape of the region R4 of the viscosity distribution 151d is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100d according to the fourth embodiment, the width including the boundary portion between the second core 112d and the first clad 120a (point P0 at which the refractive index gradient is maximum) is 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more. It is preferable that the viscosity is continuously changed in the viscosity adjusting region AD (annular region).
  • the second core 112d is used. It is preferable that Cl is added together with Br. At least one or more of the additives (Br, if necessary, F, Cl, etc.) added to the second core 112d and the first clad 120a of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment are shown in FIG. Of the manufacturing steps of the optical fiber base material 10 shown in 1, it is desirable that the optical fiber base material 10 is added, for example, in the soot deposition step.
  • the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
  • the optical fiber 100d according to the fourth embodiment is the first core 111d forming a part of the core 110 as compared with the optical fibers 100a to 100c according to the first to third embodiments described above.
  • the viscosity of the first core can be effectively reduced. Since the alkaline element can be diffused into the second core surrounding the first core and the first clad surrounding the first core in the drawing step, the effect of reducing the viscosity can be obtained also in the second core and the first clad.
  • compressive stress can be effectively formed in the first core, the second core, and the first clad regardless of the drawing conditions, so that the drawing speed and the drawing tensile force are optimized from the viewpoint of productivity. This is easy, and as a result, the manufacturing cost of the optical fiber can be reduced.
  • Optical fiber manufacturing equipment 10 ... Optical fiber base material, 21, 22 ... Resin coating equipment, 23 ... Wire drawing furnace, 24 ... Heating furnace, 25 ... Cooling device, 26 ... Dies, 27 ... Ultraviolet light source, 28 ... Rollers , 29 ... Capstan, 30 ... Winder, 100, 100a, 100b, 100c, 100d ... Optical fiber, 110, 110d ... Core, 111d ... 1st core, 112d ... 2nd core, 120 ... Clad, 120a ... First 1 clad, 120b ... 2nd clad, 120c ... 3rd clad, 210 ... primary coating, 220 ... secondary coating, AX ...
  • central axis 150a, 150b, 150c, 150d ... refractive index profile, 151a, 151b, 151c, 151d ... Viscous distribution, 152a, 152b, 152c, 152d ... Stress distribution, AD ... Viscous adjustment region, AX ... Central axis, R1, R2, R3, R4 ... Region, S ... Arrow (rotational direction).

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Abstract

本開示は、低い伝送損失を有するとともに高い生産性で生産可能な構造を備える光ファイバに関する。一実施形態に係る光ファイバは、コアと、クラッドとを備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなり、クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。また、コアは、圧縮応力を有する。

Description

光ファイバ
　本開示は、光ファイバに関するものである。
  本願は、２０１９年１２月１３日に出願された日本特許出願第２０１９－２２５４７１号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
　伝送容量に対する需要は増え続けており、この需要を満たすために光ファイバケーブルの敷設が続けられている。このとき、伝送損失がより低い光ファイバを敷設することで信号対雑音比の向上や光増幅器の削減が可能となり、特に長距離伝送においてはシステムの費用対効果を改善する効果がある。そのため、伝送損失の低い純シリカコア光ファイバ(PSCF: Pure Silica Core Fiber)が、ＧｅＯ２添加コアを有する標準シングルモード光ファイバ(SSMF: Standard Single Mode Fiber)に代わって、長距離伝送において用いられる場合が増えている。
　ＰＳＣＦは、ＧｅＯ２を含まないシリカガラスからなるコアと、フッ素(Ｆ)を添加することで屈折率を低下させたシリカガラスからなるクラッドを有する。シリカガラスへのＦの添加は、ＳｉＦ４やＣＦ４などのフッ素含有ガスの雰囲気中でシリカガラスのスス体（soot body）を加熱、焼結することで実現されるが、このＦを添加するプロセスは純粋なシリカガラスを製造するプロセスに比べて一般的に生産性が低くコスト高になる。この傾向は、Ｆ濃度が高くなるほど顕著になる。また、ＰＳＣＦおよびＳＳＭＦでは、クラッドの外径が１２５μｍであるのに対してコアの外径は約１０μｍに過ぎない。そのため、体積の９９％以上を占めるクラッドの生産性が低いことは、光ファイバ全体の生産性へ大きく影響する。その結果、ＰＳＣＦは、ＳＳＭＦに比べて高価であり、現在のところ産業全体における生産量もＳＳＭＦの１／１００程度しかない。
　一方、ＳＳＭＦは純シリカガラス、または、ごく少量のＦを含むシリカガラスからなるクラッドと、ＧｅＯ２ を添加することで屈折率を上昇させたシリカガラスからなるコアを有する。クラッドの生産性が高いためにＰＳＣＦに比べて生産性が高いが、コアにＧｅＯ２ を添加することで伝送損失が増大する。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失で比較すると、ＰＳＣＦが０．１５ｄＢ／ｋｍ以上０．１７ｄＢ／ｋｍ以下であるのに対し、ＳＳＭＦは０．１８ｄＢ／ｋｍ以上０．２０ｄＢ／ｋｍ以下と高い。
　そこで、低い伝送損失と高い生産性を両立するファイバ構造の１つとして、コアにＧｅＯ２ の代わりに高濃度の塩素(Ｃｌ)を添加することで屈折率を高めた光ファイバおよびその製造方法が、以下の特許文献１で提案されている。しかしながら、光を導波するのに十分な濃度のＣｌを添加するためには、大気圧の数倍のＳｉＣｌ４ ガスを含む雰囲気でシリカガラスのスス体を焼結する必要がある。更に焼結後の後工程においてもＳｉＣｌ４ が気化することでガラス内に気泡が発生する可能性が高くなる。
　低い伝送損失と高い生産性を両立するファイバ構造のもう１つとして、コアにＧｅＯ２の代わりに臭素(Ｂｒ)を添加することで屈折率を高めた光ファイバおよびその製造方法が、以下の特許文献２で提案されている。ほぼ大気圧に等しいＳｉＢｒ４ を含む雰囲気でシリカガラスのスス体を焼結することで、光を導波するのに十分な濃度のＢｒを添加することが可能であり、ＳｉＢｒ４ はＳｉＣｌ４ に比べて分子量が大きく気化しにくいという特徴がある。
米国特許公開２０１９／０１１９１４３号公報 米国特許公開２０１７－０１７６６７３号公報
　本開示の実施形態に係る光ファイバは、中心軸に沿って延びるコアと、該コアを取り囲むクラッドと、を備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなる。クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなる。また、コアの残留応力は、圧縮応力である。
図１は、本開示の各実施形態に係る光ファイバを製造するための製造装置の概略構造を示す図である。 図２は、本開示の第１実施形態から第３実施形態に係る光ファイバ（タイプＡからタイプＣ）それぞれの断面構造を示す図である。 図３は、本開示の第１実施形態に係る光ファイバ（タイプＡ）について、当該光ファイバの中心軸に直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル、粘度分布、および応力分布である。 図４は、図３に示された屈折率プロファイルと粘度分布における領域Ｒ１の拡大図である。 図５は、本開示の第２実施形態に係る光ファイバ（タイプＢ）について、当該光ファイバの中心軸に直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル、粘度分布、および応力分布である。 図６は、本開示の第３実施形態に係る光ファイバ（タイプＣ）について、当該光ファイバの中心軸に直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル、粘度分布、および応力分布である。 図７は、本開示の第４実施形態（タイプＤ）に係る光ファイバの断面構造を示す図である。 図８は、本開示の第４実施形態（タイプＤ）に係る光ファイバについて、当該光ファイバの中心軸に直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル、粘度分布、および応力分布である。
　［発明が解決しようとする課題］
  発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、コアにＢｒが添加されたファイバでは伝送損失が高くなりやすく、上記特許文献２においてもＧｅＯ２ よりもむしろ高い伝送損失が報告されている。したがって、コアにＢｒが添加されたファイバで伝送損失を低減することが従来技術における課題であった。
　本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低い伝送損失を有するとともに高い生産性で生産可能な構造を備えた光ファイバを提供することを目的としている。
　［発明の効果］
  本開示によれば、Ｂｒが添加されるとともに圧縮応力を有するコアを備えた光ファイバの提供により、伝送損失の低減と高い生産性の実現が可能になる。
　[本願発明の実施形態の説明]
  以下、本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
最初に本開示の実施形態に共通する用語を説明し、更に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（用語の定義）
  本明細書において、純シリカガラス（屈折率ｎ０）を基準としたある媒質（屈折率ｎ）の比屈折率差Δは、
Δ＝（ｎ／ｎ０）－１
で与えられるものとする。
　また、特に言及がない限り、「光ファイバ」は１つの中心軸を有し、該中心軸の回りに略回転対称であり、かつ、該中心軸に沿って並進対称な構造であると仮定する。コア、クラッド、被覆などの光ファイバの構成要素に関しても、特に言及がない限り、中心軸の回りに略回転対称であり、該中心軸に沿って並進対称な構造であると仮定する。これら仮定が適用可能な場合、光ファイバの構成要素の物性値は、中心軸に直交する任意の断面において定義される。物性値の平均値、最大値、パーセンタイル値などの統計値について定義する際において、上述の断面における物性値は、所定の空間分解能で空間的に一様な頻度で測定して得られる測定値の集合に対する統計値で代替される。更に、特に言及がない限り、上述の空間分解能は、光ファイバの動作波長の近似値である半径１μｍの円を仮定する。
　中心軸近傍の内側領域を取り囲むコアの外側領域において、該コアの屈折率プロファイルは、半径方向に沿って距離ｒ０だけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δ０、距離ｒ０よりも長い距離ｒ１だけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δ１、および、距離ｒ０以上距離ｒ１以下の距離ｒだけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δｒ が、以下の式（１）：
Δｒ ＝Δ０＋（Δ１－Δ０）×（（ｒ－ｒ０）／（ｒ１－ｒ０））α …（１）
で近似される関係を満たす形状を有する。指数αの値（一例としてα＝２．０）を変更することにより形状は調節される。中心軸を含む該中心軸近傍の内側領域は、光ファイバの製造工程において正確な屈折率プロファイルの制御が難しいため、該内側領域を取り囲むコアの外側領域において正確な屈折率プロファイルの制御が行われる。
　（１）本開示の実施形態に係る光ファイバは、その一態様として、中心軸に沿って延びるコアと、該コアを取り囲むクラッドと、を備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなる。クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなる。また、コアの残留応力は、圧縮応力である。このような構成により、低い伝送損失と高い生産性の両立が可能になる。
　（２）本開示の一態様として、クラッドは、多層構造を有してもよい。一例として、クラッドは、コアの外周面に接触した状態で該コアを取り囲む第１クラッドと、該第１クラッドの外周面に接触した状態で該第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、により構成される。なお、第１クラッドは、フッ素が添加されたシリカガラスからなる。第２クラッドは、純シリカガラスまたは第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。また、第２クラッドは、引張応力を有する。このような構成は、より低い伝送損失が実現可能になるととともに、該低い伝送損失と高い生産性の両立を可能にする。特に、第2クラッドはハロゲン元素の濃度が0.1wt%未満に抑えられた純粋なシリカガラスであることが好ましい。それにより、コアに対する第2クラッドの大きな粘性差を実現し、第2クラッドに引張応力、コアに圧縮応力が形成される。
　（３）本開示の一態様として、クラッドの多層構造は、コアの外周面に接触した状態で該コアを取り囲む第１クラッドと、該第１クラッドの外周面に接触した状態で該第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、該第２クラッドの外周面に接触した状態で該第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、により構成されてもよい。なお、第１クラッドは、フッ素が添加されたシリカガラスからなる。第２クラッドは、純シリカガラスまたは第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。この構成により、第２クラッドの残留応力は、引張応力である。第３クラッドは、純シリカガラスまたは第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。この構成により、第３クラッド残留応力は、圧縮応力である。このような構成によっても、より低い伝送損失が実現可能になるととともに、該低い伝送損失と高い生産性の両立が可能になる。
　（４）本開示の一態様として、コアは、塩素を更に含有し、かつ、当該光ファイバは、粘度調整領域を有するのが好ましい。粘度調整領域は、中心軸に直交する当該光ファイバの断面上で定義される領域であって、コアとクラッド（クラッドが多層構造を有する場合は第１クラッド）との境界部を跨いで隣接するコアの一部とクラッドの一部により構成される。具体的に、粘度調整領域は、中心軸から離れた状態で該中心軸を取り囲む形状を有し、該粘度調整領域の形状（断面上で定義される平面形状）は、距離（半径方向に沿って定義される、粘度調整領域の幅に相当）２μｍ以上離れた状態でコアとクラッドとの境界部を挟むように配置される内周部と外周部とを有する。このような形状を有する粘度調整領域において、当該光ファイバの粘度分布（半径方向に沿って定義される分布）は、半径方向に沿って連続的に変化する粘度分布を有する。なお、半径方向は、当該光ファイバの断面上において、中心軸から当該光ファイバの外周に向かう方向に一致している。
　以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本開示の実施形態の詳細］
  以下、本開示の実施形態に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　（光ファイバ製造装置）
  図１は、本開示の各実施形態に係る光ファイバを製造するための製造装置の概略構造を示す図である。図１に示された光ファイバ製造装置１は、光ファイバ母材（preform）１０の一端を加熱する線引炉２３、温度制御される加熱炉２４、Ｈｅ雰囲気中で線引きされた裸ファイバを冷却する冷却装置２５、冷却された裸ファイバの外周面上に被覆用樹脂を塗布するためのダイス２６、該樹脂を硬化させるための紫外線を出力する紫外線光源２７、ローラー２８、キャプスタン２９、および巻き取り機３０を備える。なお、ダイス２６および紫外線光源２７により、樹脂被覆装置２１が構成され、当該樹脂被覆装置２１により、裸ファイバの外周面上に一次被覆が設けられる。樹脂被覆装置２１の下流には、上流側に位置する樹脂被覆装置２１と同様の構造を有する樹脂被覆装置２２（ダイスおよび紫外線光源を含む）が配置され、上流側の樹脂被覆装置２１により設けられた一次被覆の外周面上に二次被覆が設けられる。
　具体的には、用意された光ファイバ母材１０の一端が線引炉２３により加熱され、該加熱された端から裸ファイバが紡糸される。線引炉２３から出てきた裸ファイバは、温度制御された加熱炉２４の中で徐々に温度が下げられる。この間に裸ファイバ内でガラスの構造緩和が生じ、この構造緩和により、従来技術で生じていた伝送損失の増加が解消される。加熱炉２４から出てきた裸ファイバは、冷却装置２５のＨｅ雰囲気中で冷却された後にダイス２６を通過する。このダイス２６を通過する際に、裸ファイバの外周面上に被覆樹脂（一次被覆）が塗布される。塗布された被覆樹脂は、紫外線光源２７により紫外線が照射されることで硬化される。更に、樹脂被覆装置２１により設けられた一次被覆上に、樹脂被覆装置２２により二次被覆が設けられることにより、光ファイバ１００が得られる。
　ローラー２８は、樹脂被覆装置２１および樹脂被覆装置２２を通過することにより得られる光ファイバ１００の走行方向に対して傾斜した回転面を有する。これにより、光ファイバ１００に捻れが与えられ、偏波モード分散が低減され得る。キャプスタン２９は、ローラー２８の下流に位置し、光ファイバ１００に対して所定の張力を与える。これにより、線引後の光ファイバ１００のけるコアおよびクラッド内に圧縮応力および引張応力が残留することになる。キャプスタン２９を通過した光ファイバ１００は、図中の矢印Ｓで示された方向に回転する巻き取り機３０によって巻き取られる。
　なお、図１の例では、一次被覆を提供する樹脂被覆装置２１と、二次被覆を提供する樹脂被覆装置２２が、ファイバ進行方向に沿って順に配置されているが、二次被覆は、一次被覆が設けられた光ファイバが巻き取り機３０に巻き取られた後に、設けられてもよい。この場合、樹脂被覆装置２２は不要である。すなわち、一次被覆が設けられた光ファイバを、該巻き取り機３０から別の巻き取り装置に巻替える際に該巻き替えられる光ファイバに二次被覆が設けられる。
　また、上述のような構造を有する光ファイバ製造装置１により得られる光ファイバ１００の断面構造は、光ファイバ母材１０の断面構造と相似関係にある。そのため、断面構造の異なる光ファイバ母材１０を該光ファイバ製造装置１にセットすることにより、以下に説明する第１実施形態に係る光ファイバ１００ａ、第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂ、第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃなど、種々の断面構造を有する光ファイバが得られる。
　（第１実施形態）
  図２の上段に示されたタイプＡの光ファイバは、本開示の第１実施形態に係る光ファイバ１００ａである。また、当該光ファイバ１００ａの中心軸ＡＸに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル１５０ａ、粘度分布１５１ａ、および応力分布１５２ａが図３に示されている。なお、図４は、図３に示された屈折率プロファイル１５０ａと粘度分布１５１ａにおける領域Ｒ１の拡大図である。
　図２の上段に示されたように、第１実施形態に係るタイプＡの光ファイバ１００ａは、当該光ファイバ１００ａの中心軸ＡＸに沿って延びたコア１１０と、該コア１１０を取り囲むクラッド１２０と、該クラッドを取り囲む一次被覆２１０と、該一次被覆２１０を取り囲む二次被覆２２０と、を備える。
　コア１１０は、臭素(Ｂｒ)を含有するシリカガラス(ＳｉＯ２ )からなる。このコア１１０において、Ｂｒ濃度は、０．８ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下であり、好ましくは１．６ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下である。また、コア１１０の最大比屈折率差は、０．１％以上０．３％以下であり、好ましくは０．２％以上０．３％以下である。クラッド１２０は、純シリカガラス、または、３０００ｐｐｍ以下の微量のフッ素(Ｆ)を含むシリカガラスからなる。より好ましくは、塩素、フッ素、および他のハロゲン元素の合計の濃度が０．１ｗｔ％以下に抑えられたシリカガラスからなる。図３には、当該第１実施形態に係る光ファイバ１００ａの、簡略化された屈折率プロファイル１５０ａが示されている。ここで、コア１１０の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式（１）によって与えられるが、屈折率プロファイル１５０ａにおいて、コア１１０のプロファイル形状は概略形状が示されている。
　この第１実施形態において、コア１１０の直径は、６μｍ以上１０μｍ以下である。この構成により、第１実施形態に係る光ファイバ１００ａは、シリカガラスの最低損失波長帯である１５５０ｎｍ波長帯において１つ以上の導波モードを有する(２つの偏波モードの組を１つの導波モードとして定義する)。また、波長１５５０ｎｍにおける基底モードの実効断面積は、６０μｍ２ 以上１２０μｍ２ 以下であるのが好ましい。クラッド１２０の外径は、１２５±１μｍであるのが好ましい。一次被覆２１０および二次被覆２２０を含む被覆全体の外径（実質的には二次被覆２２０の外径）は、２４５±５μｍ、より好ましくは２００±５μｍである。
　次に、上述の添加物の濃度差により、コア１１０の粘度の中央値はクラッド１２０の粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア１１０の粘度の中央値は、クラッド１２０における粘度の７５％パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、クラッド１２０の粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ１００ａの製造時、特に母材線引の際の張力はクラッド１２０によって支えられ、結果、線引後の光ファイバ１００ａのクラッド１２０には引張応力が残留する一方、コア１１０には圧縮応力が残留する。図３には、屈折率プロファイル１５０ａの他、当該第１実施形態に係る光ファイバ１００ａの、簡略化された粘度分布１５１ａおよび簡略化された応力分布１５２ａが示されている。なお、図３に示された屈折率プロファイル１５０ａ、粘度分布１５１ａ、および応力分布１５２ａのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ１００ａの中心軸ＡＸに直交する断面上の位置（中心軸ＡＸを通る直線上の位置）が一致するように示されている。
　圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑制するためには、該コア１１０の圧縮応力の絶対値（コア１１０内に残留する応力の平均値の絶対値）は、１５ＭＰａ以上であるのが好ましく、３０ＭＰａ以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア１１０の圧縮応力の絶対値は、該コア１１０内に残留する応力の７５％パーセンタイル値の絶対値で、３０ＭＰａ以上であることが好ましい。ガラスに引張応力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のようにコア１１０の残留応力が、平均値の絶対値または７５％パーセンタイル値の絶対値が十分な大きい圧縮応力である場合、局所的な引張応力による伝送損失の増加が効果的に抑制される。なお、残留応力は、引張応力を正符号の値、圧縮応力を負符号の値で表し、パーセンタイル値は符号付きの値を小さい方から並べた時の割合で定義するものとする。
　また、この第１実施形態に係る光ファイバ１００ａでは、コア１１０とクラッド１２０の間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア１１０とクラッド１２０の間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア１１０とクラッド１２０の境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア１１０とクラッド１２０の境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。より好ましくは、図４に示されたように、コア１１０とクラッド１２０の境界部（屈折率勾配の絶対値が最大となる点Ｐ０）を含む幅２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上の粘度調整領域ＡＤにおいて、粘度が連続的に変化していることが好ましい。粘度調整領域ＡＤは、中心軸ＡＸに直交する光ファイバ１００ａの断面上で定義される場合、距離２μｍ以上、好ましくは３μｍ以上離れた状態でコア１１０とクラッド１２０との境界部を挟むように配置される内周部と外周部とを有する円環領域である。したがって、内周部と外周部の距離は、半径方向に沿って定義される、粘度調整領域ＡＤの幅に相当する。
　なお、図４に示されたようにコア１１０とクラッド１２０との境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア１１０にＢｒとともにＣｌが添加されるのが好ましい。なお、この第１実施形態に係る光ファイバ１００ａのコア１１０およびクラッド１２０に添加される添加物（Ｂｒの他、必要に応じてＦ、Ｃｌなど)の少なくとも一つ以上は、図１に示された光ファイバ母材１０の製造工程のうち、例えばスス付け工程（soot deposition）で添加されるのが望ましい。
　上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、１００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。Ｃｌを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、２００ｐｐｍ以上である。更に、コア１１０におけるＣｌ濃度の７５％パーセンタイル値は、２００ｐｐｍ以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
　（第２実施形態）
  図２の中段に示されたタイプＢの光ファイバは、本開示の第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂである。また、当該光ファイバ１００ｂの中心軸ＡＸに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル１５０ｂ、粘度分布１５１ｂ、および応力分布１５２ｂが図５に示されている。なお、図５に示された粘度分布１５１ｂにおける領域Ｒ２の分布形状は、実質的に図４に示された分布形状に類似している。
　図２の中段に示されたように、第２実施形態に係るタイプＢの光ファイバ１００ｂは、当該光ファイバ１００ｂの中心軸ＡＸに沿って延びるコア１１０と、該コア１１０を取り囲む第１クラッド１２０ａと、該第１クラッド１２０ａと取り囲む第２クラッド１２０ｂと、該第２クラッド１２０ｂを取り囲む一次被覆２１０と、該一次被覆２１０を取り囲む二次被覆２２０と、を備える。また、第１クラッド１２０ａおよび第２クラッド１２０ｂにより、クラッド１２０が構成されている。
　コア１１０は、第１実施形態に係る光ファイバ１００ａと同様に、臭素(Ｂｒ)を含有するシリカガラス(ＳｉＯ２ )からなる。このコア１１０において、Ｂｒ濃度は、０．８ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下であり、好ましくは１．６ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下である。また、コア１１０の最大比屈折率差は、０．１％以上０．３％以下であり、好ましくは０．２％以上０．３％以下である。第１クラッド１２０ａは、１０００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の微量のフッ素(Ｆ)を含むシリカガラスからなる。第２クラッド１２０ｂは、純シリカガラス、または、第１クラッド１２０ａのＦ濃度よりも低い濃度のＦを含むシリカガラスからなる。図５には、当該第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂの、簡略化された屈折率プロファイル１５０ｂが示されている。ここで、コア１１０の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式（１）によって与えられるが、屈折率プロファイル１５０ｂにおいて、コア１１０のプロファイル形状は概略形状が示されている。
　この第２実施形態において、コア１１０の直径は、６μｍ以上１２μｍ以下である。この構成により、第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂは、シリカガラスの最低損失波長帯である１５５０ｎｍ波長帯において１つ以上の導波モードを有する(２つの偏波モードの組を１つの導波モードとして定義する)。また、波長１５５０ｎｍにおける基底モードの実効断面積は、６０μｍ２ 以上１６０μｍ２ 以下であるのが好ましい。第１クラッド１２０ａおよび第２クラッド１２０ｂを含むクラッド１２０の外径（実質的には第２クラッド１２０ｂの外径）は、１２５±１μｍである、一次被覆２１０および二次被覆２２０を含む被覆全体の外径（実施的に二次被覆２２０の外径）は、２４５±５μｍ、より好ましくは２００±５μｍである。
　次に、上述の添加物の濃度差により、コア１１０および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア１１０および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の７５％パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、コア１１０および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂにおける粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ１００ｂの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第２クラッド１２０ｂによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ１００ｂの第２クラッド１２０ｂには引張応力が残留する一方、コア１１０および第１クラッド１２０ａには圧縮応力が残留する。図５には、屈折率プロファイル１５０ｂの他、当該第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂの、簡略化された粘度分布１５１ｂおよび簡略化された応力分布１５２ｂも示されている。なお、図５に示された屈折率プロファイル１５０ｂ、粘度分布１５１ｂ、および応力分布１５２ｂのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ１００ｂの中心軸ＡＸに直交する断面上の位置（中心軸ＡＸを通る直線上の位置）が一致するように示されている。
　圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑制するためには、該コア１１０の圧縮応力の絶対値（コア１１０内に残留する応力の平均値の絶対値）は、１５ＭＰａ以上であるのが好ましく、３０ＭＰａ以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア１１０の圧縮応力の絶対値は、コア１１０および第１クラッド１２０ａそれぞれに残留する応力の７５％パーセンタイル値の絶対値で３０ＭＰａ以上であるのが好ましい。ガラスに引張応力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、コア１１０および第１クラッド１２０ａの残留応力が、平均値の絶対値または７５％パーセンタイル値の絶対値が十分大きい圧縮応力である場合、局所的な引張応力による伝送損失の増加が効果的に抑制される。
　この第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂにおいても、上述の第１実施形態に係る光ファイバ１００ａと同様に、コア１１０と第１クラッド１２０ａの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア１１０と第１クラッド１２０ａとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布１５１ｂの領域Ｒ２の分布形状は、実質的に図４に示され形状に類似している。すなわち、この第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂにおいても、コア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部（屈折率勾配の絶対値が最大となる点Ｐ０）を含む幅２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上の粘度調整領域ＡＤ（円環領域）において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
　上述の第１実施形態と同様に、コア１１０と第１クラッド１２０ａとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア１１０にＢｒとともにＣｌが添加されるのが好ましい。なお、この第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂのコア１１０および第１クラッド１２０ａに添加される添加物（Ｂｒの他、必要に応じてＦ、Ｃｌなど)の少なくとも一つ以上は、図１に示された光ファイバ母材１０の製造工程のうち、例えばスス付け工程（soot deposition）で添加されるのが望ましい。
　上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、１００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。Ｃｌを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、２００ｐｐｍ以上である。更に、コア１１０におけるＣｌ濃度の７５％パーセンタイル値は、２００ｐｐｍ以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
　以上のように、第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂは、上述の第１の実施形態に係る光ファイバ１００ａと比較して、線引張力を支える第２クラッド１２０ｂがコア１１０から離れている。このような構造により、第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂは、コア１１０と第１クラッド１２０ａの組成の選択の自由度が広がる。特に、Ｆ添加により第１クラッド１２０ａの比屈折率差を下げることで、コア１１０と該第１クラッド１２０ａとの間に屈折率差を形成できるので、コア１１０に添加するＢｒまたはＣｌの必要濃度を低く抑えることが可能になる。これは、ＢｒやＣｌの高濃度添加に起因したコア１１０内での発泡による歩留低下を抑制する。
　（第３実施形態）
  図２の下段に示されたタイプＣの光ファイバは、本開示の第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃである。また、当該光ファイバ１００ｃの中心軸ＡＸに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル１５０ｃ、粘度分布１５１ｃ、および応力分布１５２ｃが図６に示されている。なお、図６に示された粘度分布１５１ｃにおける領域Ｒ３の分布形状は、実質的に図３に示された分布形状に類似している。
　図２の下段に示されたように、第３実施形態に係るタイプＣの光ファイバ１００ｃは、当該光ファイバ１００ｃの中心軸ＡＸに沿って延びるコア１１０と、該コア１１０を取り囲む第１クラッド１２０ａと、該第１クラッド１２０ａと取り囲む第２クラッド１２０ｂと、該第２クラッド１２０ｂを取り囲む第３クラッド１２０ｃと、該第３クラッド１２０ｃを取り囲む一次被覆２１０と、該一次被覆２１０を取り囲む二次被覆２２０と、を備える。第１クラッド１２０ａ、第２クラッド１２０ｂ、および第３クラッド１２０ｃにより、クラッド１２０が構成されている。
　コア１１０は、第１実施形態に係る光ファイバ１００ａや第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂと同様に、臭素(Ｂｒ)を含有するシリカガラス(ＳｉＯ２ )からなる。このコア１１０において、Ｂｒ濃度は、０．８ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下であり、好ましくは１．６ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下である。また、コア１１０の最大比屈折率差は、０．１％以上０．３％以下であり、好ましくは０．２％以上０．３％以下である。第１クラッド１２０ａは、１０００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の微量のフッ素(Ｆ)を含むシリカガラスからなる。第２クラッド１２０ｂは、純シリカガラス、または、第１クラッド１２０ａのＦ濃度よりも低い濃度のＦを含むシリカガラスからなる。第３クラッド１２０ｃは、ＦまたはＯＨ基を含み、第２クラッド１２０ｂの粘度よりも低い粘度を有する。図６には、当該第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃの、簡略化された屈折率プロファイル１５０ｃが示されている。ここで、コア１１０の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式（１）によって与えられるが、屈折率プロファイル１５０ｃにおいて、コア１１０のプロファイル形状は概略形状が示されている。
　この第３実施形態において、コア１１０の直径は、６μｍ以上１２μｍ以下である。この構成により、第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃは、シリカガラスの最低損失波長帯である１５５０ｎｍ波長帯において１つ以上の導波モードを有する(２つの偏波モードの組を１つの導波モードとして定義する)。波長１５５０ｎｍにおける基底モードの実効断面積は、６０μｍ２ 以上１６０μｍ２ 以下であることが好ましい。第１クラッド１２０ａ、第２クラッド１２０ｂ、および第３クラッド１２０ｃを含むクラッド１２０外径（実的には第３クラッド１２０ｃの外径）は、１２５±１μｍである。一次被覆２１０および二次被覆２２０を含む被覆全体の外径（実質的には二次被覆２２０の外径）は、２４５±５μｍ、より好ましくは２００±５μｍである。
　次に、上述の添加物の濃度差により、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の７５％パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ１００ｃの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第２クラッド１２０ｂによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ１００ｃの第２クラッド１２０ｂには引張応力が残留する一方、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃには圧縮応力がそれぞれ残留する。図６には、屈折率プロファイル１５０ｃの他、当該第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃの、簡略化された粘度分布１５１ｃおよび簡略化された応力分布１５２ｃも示されている。なお、図６に示された屈折率プロファイル１５０ｃ、粘度分布１５１ｃ、および応力分布１５２ｃのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ１００ｃの中心軸ＡＸに直交する断面上の位置（中心軸ＡＸを通る直線上の位置）が一致するように示されている。
　圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑えるためには、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれにおける圧縮応力の絶対値（各部内における残留応力の平均値の絶対値）は、１５ＭＰａ以上であるのが好ましく、３０ＭＰａ以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれにおける圧縮応力の絶対値は、各部に残留する応力の７５％パーセンタイル値の絶対値で３０ＭＰａ以上であるのが好ましい。ガラスに引張張力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、コア１１０、第１クラッド１２０ａおよび第３クラッド１２０ｃそれぞれに残留する残留応力の平均値または７５％パーセンタイル値が十分な大きさの圧縮応力であることにより、局所的な引張張力による伝送損失の増加が抑制される。
　なお、この第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃにおいても、上述の第１実施形態に係る光ファイバ１００ａおよび第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂと同様に、コア１１０と第１クラッド１２０ａとの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア１１０と第１クラッド１２０ａとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布１５１ｃの領域Ｒ３の分布形状は、実質的に図４に示され形状に類似している。すなわち、この第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃにおいても、コア１１０と第１クラッド１２０ａの境界部（屈折率勾配が最大となる点Ｐ０）を含む幅２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上の粘度調整領域ＡＤ（円環領域）において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
　上述の第１実施形態および第２実施形態と同様に、コア１１０と第１クラッド１２０ａとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア１１０にＢｒとともにＣｌが添加されるのが好ましい。なお、この第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃのコア１１０および第１クラッド１２０ａに添加される添加物（Ｂｒの他、必要に応じてＦ、Ｃｌなど)の少なくとも一つ以上は、図１に示された光ファイバ母材１０の製造工程のうち、例えばスス付け工程（soot deposition）で添加されるのが望ましい。
　上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、１００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。Ｃｌを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、２００ｐｐｍ以上である。更に、コア１１０におけるＣｌ濃度の７５％パーセンタイル値は、２００ｐｐｍ以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
　以上のように、第３実施形態に係る光ファイバ１００ｃでは、クラッド１２０の多層構造における最外周の第３クラッド１２０ｃに圧縮応力が残留する。これにより、クラッド１２０の外表面に機械的な傷が加えられても、その傷の進展速度が低く抑えられる。その結果、当該光ファイバ１００ｃは、高い疲労係数が得られ、長期的な信頼性が改善される。好ましくは、動疲労係数が２０以上である。
　（第４実施形態）
  図７に示されたタイプＤの光ファイバは、本開示の第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄである。また、当該光ファイバ１００ｄの中心軸ＡＸに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル１５０ｄ、粘度分布１５１ｄ、および応力分布１５２ｄが図８に示されている。なお、図８に示された粘度分布１５１ｄにおける領域Ｒ４の分布形状は、実質的に図３に示された分布形状に類似している。
　図７に示されたように、第４実施形態に係るタイプＤの光ファイバ１００ｄは、当該光ファイバ１００ｄの中心軸ＡＸに沿って延びるコア１１０ｄと、該コア１１０ｄを取り囲む第１クラッド１２０ａと、該第１クラッド１２０ａと取り囲む第２クラッド１２０ｂと、該第２クラッド１２０ｂを取り囲む一次被覆２１０と、該一次被覆２１０を取り囲む二次被覆２２０と、を備える。第１クラッド１２０ａおよび第２クラッド１２０ｂにより、クラッド１２０が構成されている。
　コア１１０ｄは、中心軸ＡＸに沿って延びる第１コア１１１ｄ、および該第１コア１１１ｄを包囲して中心軸ＡＸに沿って延びる第２コア１１２ｄからなる。第１コア１１１ｄは、アルカリ元素が添加されたシリカガラスからなる。アルカリ元素は、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、またはセシウム（Ｃｓ）の中の一つ以上である。第１コア１１１ｄにおける該アルカリ元素の原子数濃度は、シリカガラスの珪素（Ｓｉ）原子数に対して１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることにより、添加に起因する伝送損失増を抑えると同時に第１コア１１１ｄの粘度を効果的に低減することができる。第１コア１１１ｄには、該アルカリ元素に加えて、塩素（Ｃｌ）およびフッ素（Ｆ）が共添加されてもよく、それにより、さらに粘度を効果的に低減することができる。第２コア１１２ｄは、第１実施形態に係る光ファイバ１００ａや第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂと同様に、臭素(Ｂｒ)を含有するシリカガラス(ＳｉＯ２)からなる。この第２コア１１２ｄにおいて、Ｂｒ濃度は、０．８ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下であり、好ましくは１．６ｗｔ％以上２．６ｗｔ％以下である。また、コア１１０ｄの最大比屈折率差は、０．１％以上０．３％以下であり、好ましくは０．２％以上０．３％以下である。第１クラッド１２０ａは、１０００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の微量のフッ素(Ｆ)を含むシリカガラスからなる。第２クラッド１２０ｂは、純シリカガラス、または、第１クラッド１２０ａのＦ濃度よりも低い濃度のＦを含むシリカガラスからなる。図８には、当該第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄの、簡略化された屈折率プロファイル１５０ｄが示されている。ここで、コア１１０ｄの外側領域におけるプロファイル形状は、上記式（１）によって与えられるが、屈折率プロファイル１５０ｄにおいて、コア１１０ｄのプロファイル形状は概略形状が示されている。
　この第４実施形態において、コア１１０ｄの直径は、６μｍ以上１２μｍ以下である。この構成により、第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄは、シリカガラスの最低損失波長帯である１５５０ｎｍ波長帯において１つ以上の導波モードを有する(２つの偏波モードの組を１つの導波モードとして定義する)。波長１５５０ｎｍにおける基底モードの実効断面積は、６０μｍ２以上１６０μｍ２以下であることが好ましい。第１クラッド１２０ａおよび第２クラッド１２０ｂを含むクラッド１２０の外径は、１２５±１μｍである。一次被覆２１０および二次被覆２２０を含む被覆全体の外径（実質的には二次被覆２２０の外径）は、２４５±５μｍであり、好ましくは２００±５μｍである。
　次に、上述の添加物の濃度差により、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の７５％パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれの粘度の中央値は、第２クラッド１２０ｂの粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ１００ｄの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第２クラッド１２０ｂによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ１００ｄの第２クラッド１２０ｂには引張応力が残留する一方、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａには圧縮応力がそれぞれ残留する。図８には、屈折率プロファイル１５０ｄの他、当該第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄの、簡略化された粘度分布１５１ｄおよび簡略化された応力分布１５２ｄも示されている。なお、図８に示された屈折率プロファイル１５０ｄ、粘度分布１５１ｄ、および応力分布１５２ｄのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ１００ｄの中心軸ＡＸに直交する断面上の位置（中心軸ＡＸを通る直線上の位置）が一致するように示されている。
　圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑えるためには、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれにおける圧縮応力の絶対値（各部内における残留応力の平均値の絶対値）は、１５ＭＰａ以上であるのが好ましく、３０ＭＰａ以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれにおける圧縮応力の絶対値は、各部に残留する応力の７５％パーセンタイル値の絶対値で３０ＭＰａ以上であるのが好ましい。ガラスに引張張力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、第１コア１１１ｄ、第２コア１１２ｄ、および第１クラッド１２０ａそれぞれに残留する残留応力の平均値または７５％パーセンタイル値が十分な大きさの圧縮応力であることにより、局所的な引張張力による伝送損失の増加が抑制される。
　なお、この第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄにおいても、上述の第１実施形態に係る光ファイバ１００ａおよび第２実施形態に係る光ファイバ１００ｂと同様に、第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａとの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。互いの間に大きな屈折率差を有する第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動が第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布１５１ｄの領域Ｒ４の分布形状は、実質的に図４に示され形状に類似している。すなわち、この第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄにおいても、第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａの境界部（屈折率勾配が最大となる点Ｐ０）を含む幅２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上の粘度調整領域ＡＤ（円環領域）において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
　上述の第１実施形態および第２実施形態と同様に、第２コア１１２ｄと第１クラッド１２０ａとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、第２コア１１２ｄにＢｒとともにＣｌが添加されるのが好ましい。なお、この第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄの第２コア１１２ｄおよび第１クラッド１２０ａに添加される添加物（Ｂｒの他、必要に応じてＦ、Ｃｌなど)の少なくとも一つ以上は、図１に示された光ファイバ母材１０の製造工程のうち、例えばスス付け工程（soot deposition）で添加されるのが望ましい。
　上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、１００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。Ｃｌを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア１１０におけるＣｌ濃度の平均値は、２００ｐｐｍ以上である。更に、コア１１０におけるＣｌ濃度の７５％パーセンタイル値は、２００ｐｐｍ以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
　以上のように、第４実施形態に係る光ファイバ１００ｄは、上述の第１から第３の実施形態に係る光ファイバ１００ａから１００ｃと比較して、コア１１０の一部をなす第１コア１１１ｄにアルカリ元素が含有されることにより、第１コアの粘度を効果的に低減することができる。アルカリ元素は線引工程で第１コアを包囲する第２コア、さらにそれを包囲する第１クラッドに拡散できるため、第２コアおよび第１クラッドにおいても粘度の低減効果が得られる。その結果、線引条件に依らず第１コア、第２コアおよび第１クラッドに効果的に圧縮応力を形成することができるため、線引速度や線引張力を生産性の観点で最適化することが容易であり、結果的に光ファイバの製造コストを低減することができる。
　１…光ファイバ製造装置、１０…光ファイバ母材、２１、２２…樹脂被覆装置、２３…線引炉、２４…加熱炉、２５…冷却装置、２６…ダイス、２７…紫外線光源、２８…ローラー、２９…キャプスタン、３０…巻き取り機、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ…光ファイバ、１１０、１１０ｄ…コア、１１１ｄ…第１コア、１１２ｄ…第２コア、１２０…クラッド、１２０ａ…第１クラッド、１２０ｂ…第２クラッド、１２０ｃ…第３クラッド、２１０…一次被覆、２２０…二次被覆、ＡＸ…中心軸、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ…屈折率プロファイル、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ…粘度分布、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ…応力分布、ＡＤ…粘度調整領域、ＡＸ…中心軸、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…領域、Ｓ…矢印（回転方向）。

Claims (4)

  1. 　中心軸に沿って延び、かつ、臭素が添加されたシリカガラスからなるコアと、
    前記コアを取り囲み、かつ、前記コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなるクラッドと、
    　を備え、
    　前記コアは、圧縮応力を有する、
    　光ファイバ。
  2. 　前記クラッドは、
    　前記コアを取り囲み、かつ、フッ素が添加されたシリカガラスからなる第１クラッドと、
    　前記第１クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、引張応力を有する第２クラッドと、を含む、
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記クラッドは、
    　前記コアを取り囲み、かつ、フッ素が添加されたシリカガラスからなる第１クラッドと、
    　前記第１クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、引張応力を有する第２クラッドと、
    　前記第２クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第１クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、圧縮応力を有する第３クラッドと、を含む、
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 　前記コアは、塩素を更に含有し、
    　前記中心軸に直交する当該光ファイバの断面上で定義される粘度調整領域は、前記中心軸から離れた状態で前記中心軸を取り囲む形状と、距離２μｍ以上離れた状態で前記コアと前記クラッドとの境界部を挟むように配置される内周部および外周部と、前記中心軸から当該光ファイバの外周に向かう半径方向に沿って連続的に変化する粘度分布と、を有する、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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