WO2016114313A1 - 光ファイバ - Google Patents

光ファイバ Download PDF

Info

Publication number
WO2016114313A1
WO2016114313A1 PCT/JP2016/050855 JP2016050855W WO2016114313A1 WO 2016114313 A1 WO2016114313 A1 WO 2016114313A1 JP 2016050855 W JP2016050855 W JP 2016050855W WO 2016114313 A1 WO2016114313 A1 WO 2016114313A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical fiber
core
concentration
alkali metal
metal element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2016/050855
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
春名　徹也
欣章 田村
佃　至弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to EP16737384.4A priority Critical patent/EP3246736B1/en
Priority to CN201680005723.8A priority patent/CN107111054B/zh
Priority to DK16737384.4T priority patent/DK3246736T3/da
Publication of WO2016114313A1 publication Critical patent/WO2016114313A1/ja
Priority to US15/645,303 priority patent/US9910216B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03694—Multiple layers differing in properties other than the refractive index, e.g. attenuation, diffusion, stress properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01446—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01466—Means for changing or stabilising the diameter or form of tubes or rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01466—Means for changing or stabilising the diameter or form of tubes or rods
    • C03B37/01473—Collapsing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/66—Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment
    • C03C25/68—Chemical treatment, e.g. leaching, acid or alkali treatment by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/10—Internal structure or shape details
    • C03B2203/22—Radial profile of refractive index, composition or softening point
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2201/00—Glass compositions
    • C03C2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03C2201/30—Doped silica-based glasses containing metals
    • C03C2201/50—Doped silica-based glasses containing metals containing alkali metals

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • a silica-based glass optical fiber having an alkali metal element added to the core is known.
  • the core portion (core base material) of the optical fiber preform contains an alkali metal element, the viscosity of the core portion can be lowered when the optical fiber preform is drawn.
  • the virtual temperature in the optical fiber is lowered.
  • a diffusion method is known as a method of adding an alkali metal element into quartz glass (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • an alkali metal element is diffused and added to the inner surface of the glass pipe, so that the glass pipe is heated by an external heat source, or plasma is generated in the glass pipe while the raw material is an alkali metal element or alkali metal.
  • Raw material vapor such as salt is introduced into the glass pipe.
  • the diameter of the glass pipe is reduced by heating.
  • the inner surface of the glass pipe is etched by a certain thickness for the purpose of removing transition metal elements such as Ni and Fe that are added simultaneously with the addition of the alkali metal element. Since the alkali metal element diffuses faster than the transition metal element, the alkali metal element can remain in the glass pipe even if the glass surface is etched by a certain thickness (even if the transition metal element is removed). After the etching, the glass pipe is solidified by heating to produce an alkali metal element-added core rod.
  • An optical fiber preform is manufactured by synthesizing a cladding portion having a refractive index lower than that of the core portion including the alkali metal element-added core rod outside the alkali metal element-added core rod. And an optical fiber can be manufactured by drawing this optical fiber preform.
  • the inventors have found the following problems. That is, as a result of the alkali metal element being diffused and added to the inner surface of the glass pipe by the diffusion method described above, the virtual temperature distribution in the core (radial virtual temperature distribution) becomes the optical axis due to the diffusion of the alkali metal element into the glass. There is a tendency to be minimal in (matches the center of the cross section of the optical fiber). In this case, considering the power distribution of the light guided through the core, the virtual temperature at the core outer periphery where the power is high becomes high, so the transmission loss of the optical fiber is not sufficiently reduced. On the other hand, when an attempt was made to add a high concentration of alkali metal element at once in order to reduce the transmission loss of the optical fiber, there was a problem that the crystallization of the alkali metal element occurred and the transmission loss increased.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an alkali metal element is efficiently added to the core so as to effectively suppress an increase in transmission loss due to the addition of the core of the alkali metal element. It is an object to provide an optical fiber.
  • the optical fiber according to the present embodiment includes a core containing quartz glass as a main component and extending along the optical axis and containing an alkali metal element, and a clad surrounding the core and having a refractive index lower than the refractive index of the core. And comprising.
  • the distribution along the radial direction of the ratio I D2 / I ⁇ 3 of the intensity I ⁇ 3 of the Raman scattered light ⁇ 3 due to the Si—O stretching vibration in the Raman scattering spectrum with respect to the intensity I D2 of the Raman scattered light D2 due to the silica three-membered ring structure Is efficiently added to the core such that the transmission loss due to the addition of the alkali metal element to the core is effectively suppressed.
  • the optical fiber according to the present embodiment is an optical fiber mainly composed of silica-based glass, and includes a core containing an alkali metal element that extends along the optical axis, and surrounds the core. And a clad having a refractive index lower than the refractive index.
  • the average concentration of the alkali metal element in the core or the shape of the concentration distribution of the alkali metal element in the core are adjusted.
  • the weighting value (I D2 / I ⁇ 3 ) weight described above is given by the following formula (1) that defines weighting in a region having a diameter of 20 ⁇ m centered on the optical axis AX. That is, when the distance from the optical axis AX is r in the cross section of the optical fiber, I D2 / I ⁇ 3 in the numerator of the formula (1) is a ratio I D2 / I along the radial direction of the optical fiber.
  • the distribution of ⁇ 3 (ratio I D2 (r) / I ⁇ 3 (r) at a position r from the optical axis AX) is shown, and E (r) is calculated based on the refractive index distribution along the radial direction.
  • the weight value (I D2 / I ⁇ 3 ) weight given by the following equation (1) is a value normalized by the value of the following equation (2).
  • the intensity of Raman scattered light ⁇ 3 due to Si—O stretching vibration in the Raman scattering spectrum is I ⁇ 3 and the intensity of Raman scattered light D2 due to the silica three-membered ring structure is ID2
  • the value of the ratio I D2 / I ⁇ 3 (I D2 at the position where the electric field of the guided light having a wavelength of 1550 nm is calculated based on the refractive index distribution of the optical fiber is maximum.
  • the shape of the average concentration of alkali metal elements in the core or the concentration distribution of alkali metal elements in the core may be adjusted so that Pmax is 0.50 or less. Both the average concentration of the alkali metal element in the core and the shape of the concentration distribution of the alkali metal element in the core may be adjusted.
  • the average concentration of the alkali metal element in the core or the concentration distribution of the alkali metal element in the core so that the difference (I D2 / I ⁇ 3 ) difference from the value of the above ratio I D2 / I ⁇ 3 is 0.15 or less The shape may be adjusted. Both the average concentration of the alkali metal element in the core and the shape of the concentration distribution of the alkali metal element in the core may be adjusted.
  • the alkali metal element preferably contains potassium.
  • the concentration distribution of the alkali metal element is within the annular region surrounding the optical axis in a state of being separated from the optical axis by a predetermined distance. It preferably has a shape in which one concentration peak is located.
  • the cross section of the optical fiber orthogonal to the optical axis has a shape in which the second concentration peak having the maximum concentration lower than the maximum concentration of the first concentration peak is located in the region surrounded by the annular region. May be.
  • the concentration distribution of the alkali metal element has a plurality of concentration peaks separated from each other along the radial direction of the optical fiber. You may have a shape. In this case, of the two adjacent concentration peaks included in the plurality of concentration peaks, the maximum concentration of one of the concentration peaks close to the optical axis is lower than the maximum concentration of the other of the two adjacent concentration peaks. Is preferred.
  • each aspect listed in this [Description of Embodiments of the Invention] is applicable to each of all the remaining aspects or to all combinations of these remaining aspects. .
  • the relationship between the Raman scattering spectrum of quartz glass and the virtual temperature will be described.
  • Raman scattered light having a wavelength different from the irradiation light wavelength is generated due to the interaction between the light and the substance (molecular vibration).
  • the structure of a substance can be analyzed at the molecular level using a Raman scattering spectrum obtained by spectroscopic analysis of the Raman scattered light.
  • the quartz glass is irradiated with laser light having a wavelength of 532 nm, a Raman scattering spectrum as shown in FIG. 1 is obtained.
  • Raman scattered light ⁇ 3 due to Si—O stretching vibration is recognized in the wave number range 750 to 875 cm ⁇ 1 .
  • the Raman scattered light D2 attributed to the silica three-membered ring structure is observed in the wave number range of 565 to 640 cm ⁇ 1 .
  • Raman scattered light D1 attributed to the silica four-membered ring structure is observed in the wave number range of 475 to 525 cm ⁇ 1 .
  • the intensity I ⁇ 3 of the Raman scattered light ⁇ 3 due to Si—O stretching vibration is a region sandwiched between the baseline drawn in the wave number range 750 to 875 cm ⁇ 1 and the Raman scattered spectrum in the Raman scattering spectrum. It is expressed by the average intensity.
  • the intensity I D2 of the Raman scattered light D2 due to the silica three-membered ring structure is expressed as the average intensity of the region sandwiched between the baseline drawn in the wave number range 565 to 640 cm ⁇ 1 in the Raman scattering spectrum and the Raman scattering spectrum. Represented by
  • an optical fiber mainly composed of silica-based glass has a lower Rayleigh scattering loss and a lower transmission loss as the ratio I D2 / I ⁇ 3 is smaller.
  • the measurement of the ratio I D2 / I ⁇ 3 in the optical fiber is performed by micro Raman spectroscopy described below as an example.
  • a laser beam having a wavelength of 532 nm outputted from the semiconductor laser device is passed through a slit having a width of 100 ⁇ m and then condensed by an objective lens having a magnification of 50 times.
  • the end face of the optical fiber is irradiated with laser light having a spot diameter of about 2 ⁇ m. Exposure is performed twice in 30 seconds.
  • the intensity of the laser light is an oscillation output of 1 W (about 100 mW at the end face of the optical fiber).
  • the Raman scattering spectrum is measured by receiving the backscattered light with a detector in a state where the laser light is vertically irradiated on the end face of the optical fiber. Furthermore, the Raman scattered light distribution in the fiber radial direction is measured by scanning in the fiber radial direction while irradiating the laser beam.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a drawing process for manufacturing the optical fiber according to the present embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of the optical fiber according to the present embodiment, and FIG. 3B is along the radial direction of the optical fiber shown in FIG. 3C is an example of an alkali metal concentration distribution (K concentration distribution) along the radial direction of the optical fiber shown in FIG. 3A.
  • K potassium
  • K non-added region the alkali metal non-added region
  • concentration of alkali metal is referred to as “K concentration”
  • concentration distribution is referred to as “K concentration distribution”.
  • the optical fiber preform 10 having a cross-sectional structure similar to the cross-sectional structure of the optical fiber is manufactured.
  • the optical fiber preform 10 includes a core portion 11 (core preform) extending along the optical axis AX and a clad portion 12 provided on the outer peripheral surface of the core portion 11.
  • One end of the optical fiber preform 10 is softened by being heated by the heater 20 as shown in FIG.
  • the core portion 11 is a glass region corresponding to the core 110 (see FIG.
  • the clad portion 12 is a glass region corresponding to the clad 120 (see FIG. 3A) of the optical fiber 100 obtained by drawing the optical fiber preform 10, and a plurality of glass regions having different refractive indexes. It may be constituted by.
  • the optical fiber 100 drawn as shown in FIG. 2 has a cross-sectional structure as shown in FIG. That is, in the example shown in FIG. 3A, the optical fiber 100 includes a core 110 having a radius a extending along the optical axis, and a clad 120 provided on the outer peripheral surface of the core 110.
  • the core 110 includes an inner core having a different refractive index and an outer core 112 provided on the outer peripheral surface of the inner core.
  • the clad 120 includes an inner clad 121 provided on the outer peripheral surface of the outer core 112 and an outer clad 122 provided on the outer peripheral surface of the inner clad 121.
  • the inner core includes a K-added region 111a to which potassium (K) is added as an alkali metal element, and a K non-added region 111b provided on the outer peripheral surface of the K-added region 111a.
  • K potassium
  • the K concentration in both the K non-added region 111b and the outer core 112 is set to 10 atomic ppm or less, and the core region that does not substantially contain K is selected. It is composed.
  • FIG. 3B is a diagram showing a refractive index distribution 150 along the radial direction of the optical fiber 100.
  • a region 151 is a region having a refractive index n1 corresponding to the K-added region 111a in the inner core
  • a region 152 is corresponding to the K-undoped region 111b in the inner core.
  • the region 153 is a region having a refractive index n2 (> n1) corresponding to the outer core 112.
  • the region 154 is a region having a refractive index n3 ( ⁇ n1) corresponding to the inner cladding 121, and the region 154 is a region having a refractive index n3 corresponding to the outer cladding 122.
  • the refractive index of the region 154 and the refractive index of the region 155 do not need to match.
  • the calculation of the electric field distribution and the electric field intensity which are the basis for calculating the following (I D2 / I ⁇ 3 ) weight and (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax , is performed based on the following structural parameters. That is, the relative refractive index difference of the inner core with respect to pure silica glass (refractive index n0) is ⁇ 0.15%, the relative refractive index difference of the outer core 112 is 0%, and the relative refractive index difference of the inner cladding 121 is ⁇ The outer diameter of the inner core is 0.32%, the outer diameter of the outer core 112 is 12.6 ⁇ m, and the core radius a is 6.3 ⁇ m.
  • FIG. 3C is a diagram showing a K concentration distribution 160 along the radial direction of the optical fiber 100.
  • the region 161 is a region corresponding to the K-added region 111a in the inner core (corresponding to the region 151 in FIG. 3B), and the region 162 is K in the inner core.
  • This is a region corresponding to the non-added region 111b (corresponding to the region 152 in FIG. 3B), and the region 163 is a region corresponding to the outer core 112 (corresponding to the region 153 in FIG. 3B).
  • At least, in the optical fiber 100 according to the present embodiment at least one of the average concentration of K in the core 110 and the shape of the K concentration distribution along the radial direction is adjusted.
  • 4 to 7 show calculation results based on the values of D2 and ⁇ 3 measured by Raman spectroscopy for each of the optical fiber samples 1 to 11 obtained by drawing a plurality of types of optical fiber preforms. .
  • the average concentration of K contained in the core portion is set to any one of 10, 15, and 20 atomic ppm, and the region containing K is changed in the core portion.
  • the symbol “ ⁇ ” indicates the calculation result of each of the samples 1 to 4 in which the average K concentration in the core 110 is set to 10 atomic ppm, and the symbol “ ⁇ ” indicates the symbol in the core 110.
  • Samples 3, 4, 7, 8, and 11 each have a K concentration distribution in which a first concentration peak located at the core center including the optical axis AX and a second concentration peak that is a predetermined distance away from the first concentration peak exist.
  • samples 3 and 4 have the same average K concentration but different K addition conditions.
  • Samples 7 and 8 have the same average K concentration but different K addition conditions.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between (I D2 / I ⁇ 3 ) weight and transmission loss.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) weight is a refractive index distribution 150 of the optical fiber 100 (FIG. 3) with respect to the distribution I D2 (r) / I ⁇ 3 (r) of the ratio I D2 / I ⁇ 3 along the radial direction.
  • the transmission loss is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the (I D2 / I ⁇ 3 ) weight of each of samples 1 to 4 in which the average K concentration in the core is set to 10 atomic ppm is 0.53, 0.50, 0.47, 0 .47 (see FIG. 7).
  • the average in the core K concentration set samples 5-8 respectively 15 atomic ppm (I D2 / I ⁇ 3) weight is sequentially 0.45,0.44,0.42,0.40 ( Figure 7).
  • FIG. 4 indicates that the higher the average K concentration of the core, the lower the transmission loss at the wavelength of 1550 nm. It can also be seen that the transmission loss at the wavelength of 1550 nm is lower as (I D2 / I ⁇ 3 ) weight is smaller. It can be seen that there is a substantially linear relationship between (I D2 / I ⁇ 3 ) weight and transmission loss at a wavelength of 1550 nm.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) weight is preferably 0.48 or less, and considering manufacturing variations, (I D2 / I ⁇ 3 ) weight is More preferably, it is 0.44 or less.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax and transmission loss.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax is a ratio I D2 / P at a position where the electric field of guided light having a wavelength of 1550 nm calculated based on the refractive index distribution 150 (FIG. 3B) of the optical fiber 100 is maximized.
  • I is the value of ⁇ 3 .
  • the transmission loss is a value at a wavelength of 1550 nm. For example, when the effective cross-sectional area of the core is 130 ⁇ m 2 and the mode field diameter is 12.2 ⁇ m, the position where the electric field intensity at the wavelength of 1550 nm is maximum is the position with a radius of 4 ⁇ m.
  • the (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax of samples 9 to 11 in which the average K concentration in the core is set to 20 atomic ppm is 0.42, 0.39, and 0.36 in order (see FIG. 7). .
  • FIG. 5 shows that the transmission loss at the wavelength of 1550 nm is lower as (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax is smaller. It can be seen that there is a substantially linear relationship between (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax and the transmission loss at a wavelength of 1550 nm.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax is preferably 0.48 or less, and considering manufacturing variations, (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax Is more preferably 0.45 or less.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between (I D2 / I ⁇ 3 ) difference and transmission loss.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) difference is a ratio I D2 / difference at a position where the electric field of guided light having a wavelength of 1550 nm calculated based on the refractive index distribution 150 (FIG. 3B) of the optical fiber 100 is maximized.
  • the value of I [omega] 3 which is the difference between the value of the ratio I D2 / I [omega] 3 on the optical axis AX (the center of the cross section of the optical fiber).
  • the transmission loss is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • FIG. 6 shows the following in detail when the K concentration is 15 ppm.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) difference ⁇ 0.14.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) difference ⁇ 0.08.
  • (I D2 / I ⁇ 3 ) difference ⁇ 0.03.
  • FIG. 7 is a table summarizing the specifications of the optical fibers of Samples 1 to 11 shown in FIGS. That is, in FIG. 7 described above, for each of the optical fibers of Samples 1 to 11, the average K concentration of the core 110, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm, (I D2 / I ⁇ 3 ) weight , (I D2 / I ⁇ 3 ) Pmax And (I D2 / I ⁇ 3 ) difference is shown.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining an optical fiber manufacturing method. 8 includes a preparation step S1, a first addition step S2, a first diameter reduction step S3, a first etching step S4, a first collapse step S5, a diameter reduction step S6, a second addition step S7, and a second addition step S7.
  • optical fiber of the sample 11 can be manufactured by sequentially performing the second cladding portion applying step S17 and the drawing step S18.
  • a first glass pipe is prepared.
  • the first glass pipe is made of quartz glass, has a chlorine (Cl) concentration of 150 atomic ppm, a fluorine (F) concentration of 6,000 atomic ppm, and other dopant and impurity concentrations of 10 mol ppm or less. It is.
  • the first glass pipe has an outer diameter of 35 mm and an inner diameter of 20 mm.
  • an alkali metal element is added to the inner surface of the first glass pipe.
  • KBr vapor is generated by using potassium bromide (KBr) as the alkali metal raw material and heating it to a temperature of 850 ° C. with a heat source.
  • steam is introduce
  • the first glass pipe is heated by the oxyhydrogen burner from the outside so that the surface of the first glass pipe becomes 2150 ° C.
  • the oxyhydrogen burner is traversed along the longitudinal direction of the first glass pipe at a speed of 40 m / min (15 turns in total) to diffuse potassium element (K) to the inner surface of the first glass pipe. .
  • the diameter of the first glass pipe is reduced by heating. Specifically, oxygen (0.5 slm) is allowed to flow through the first glass pipe to which K is added, and the first glass pipe is adjusted to 2250 ° C. by the oxyhydrogen burner. Is heated. The first glass pipe is heated by traversing the oxyhydrogen burner a plurality of times, and the diameter of the first glass pipe is reduced until the inner diameter of the first glass pipe reaches 5 mm.
  • the inner surface of the first glass pipe is etched in order to remove transition metal elements such as Ni and Fe and OH groups which are added simultaneously with the addition of the alkali metal element in the first addition step S2. Is done. Specifically, the first glass pipe is heated with an oxyhydrogen burner while introducing a mixed gas of SF 6 (0.2 slm) and oxygen (0.5 slm) into the first glass pipe to which K is added. Thus, vapor phase etching is performed on the inner surface of the first glass pipe.
  • a first intermediate rod (glass rod) is produced by solidifying the first glass pipe.
  • the first glass pipe is solidified by heating the surface temperature of the first glass pipe to 2150 ° C. with an oxyhydrogen burner.
  • the first glass pipe after the first etching step S4 is performed.
  • the inside is decompressed to an absolute pressure of 97 kPa or less, and oxygen (2 slm) is introduced into the first glass pipe.
  • a first intermediate rod having a diameter of 25 mm to which potassium (K) is added is produced.
  • a first core rod (first glass rod) having a reduced diameter is manufactured by removing the outer peripheral portion of the first intermediate rod manufactured in the first collapsing step S5.
  • the central portion (diameter: 5 mm) of the first intermediate rod that is taken out through the first intermediate rod produced in the first collapse step S5 along the longitudinal direction is taken as the first core rod.
  • the outer peripheral portion of the first intermediate rod produced in the first collapse step S5 is ground along the longitudinal direction of the first intermediate rod, and the remaining central portion of the first intermediate rod is used as the first core rod.
  • the potassium concentration of the surface layer part of the 1st core rod produced here is 200 atomic ppm.
  • K is added to the inner surface of the second glass pipe.
  • the second glass pipe is made of the same silica-based glass as the first glass pipe.
  • the addition of K to the second glass pipe is performed in the same manner as in the first addition step S2.
  • the diameter of the second glass pipe is reduced by heating the second glass pipe after the second adding step S7.
  • the second glass pipe is heated by the oxyhydrogen burner so that the outer surface of the second glass pipe becomes 2250 ° C.
  • Oxygen 0.5 slm
  • the diameter of the second glass pipe is reduced by heating the second glass pipe while traversing the oxyhydrogen burner six times.
  • the inner diameter of the second glass pipe after the diameter reduction is about 0.1 mm to 1 mm larger than the outer diameter of the first glass rod manufactured in the diameter reducing step S6.
  • the inner surface of the second glass pipe is etched. Specifically, by heating the second glass pipe with an oxyhydrogen burner, vapor phase etching of the inner surface of the second glass pipe is performed, and during that time, in the second glass pipe to which K is added, , SF 6 (0.2 slm) and oxygen (0.5 slm) are introduced.
  • a second intermediate rod (glass rod) is produced by a rod-in collapse method. That is, in a state where the first core rod manufactured in the diameter reducing step S6 is inserted into the second glass pipe after the second etching step S9, the first core rod and the second glass pipe are integrated by heating. Specifically, the rod-in collapse is performed by setting the surface temperature of the second glass pipe to 2150 ° C. with an oxyhydrogen burner. Meanwhile, as in the first collapse step S5, the inside of the second glass pipe is absolutely The pressure is reduced to 97 kPa or less, and oxygen (2 slm) is introduced into the second glass pipe.
  • the second core rod is produced by grinding the outer peripheral portion of the second intermediate rod produced in the second collapse step S10.
  • the 2nd core rod produced here is 16 mm in diameter, and K is not added to the whole. That is, K is not added to the outer peripheral region of the second core rod.
  • the second core rod has a chlorine concentration of 150 atomic ppm, a fluorine concentration of 6,000 atomic ppm, and a first core portion including K (a portion that becomes a K-added region 111a after drawing) and a portion surrounding the first core portion.
  • a second core portion (a portion that becomes the K non-added region 111b after drawing) having a chlorine concentration of 150 atomic ppm, a fluorine concentration of 6,000 atomic ppm, and a K concentration of 10 atomic ppm or less.
  • the second core part does not substantially contain K.
  • a third core portion (a portion that becomes the outer core 112 after drawing) is added on the outer periphery of the second core rod. That is, in this step, a third glass pipe made of quartz glass having a chlorine concentration of 12,000 atomic ppm and substantially free of additives other than chlorine is prepared, and the second core rod of the second core rod is prepared by a rod in collapse method. A third intermediate rod is produced by adding a third core portion on the outer periphery. In the rod-in collapse method, the third glass pipe and the second core rod are integrated by heating in a state where the second core rod is inserted into the third glass pipe.
  • the third intermediate rod produced in the third collapse step S12 is stretched while being heated in order to set the outer diameter of the third intermediate rod to 27 mm.
  • the outer peripheral portion of the third intermediate rod drawn in the core drawing step S13 is ground.
  • This core preform (third core rod) is finally a portion that becomes the core portion 11 of the optical fiber preform 10 shown in FIG. 2 and a portion that becomes the core 110 of the optical fiber 100 after drawing. .
  • the core base material has a chlorine concentration of 150 atomic ppm, a fluorine concentration of 6,000 atomic ppm, a first core portion containing K, and a portion surrounding the first core portion, with a chlorine concentration of 150 atomic ppm, fluorine A second core portion having a concentration of 6,000 atomic ppm and an elemental K concentration of 10 atomic ppm or less, and a portion surrounding the second core portion, having a chlorine concentration of 12,000 atomic ppm and a K concentration of 10 And a third core portion that is at most ppm ppm in atoms.
  • the second core portion and the third core portion are substantially free of potassium element.
  • the ratio of the diameter of the first core portion in the core base material to the diameter of the core rod (20 mm) is 5 times.
  • the first cladding portion is added on the outer periphery of the third core portion.
  • a fourth glass pipe made of quartz glass to which fluorine is added is prepared, and a first cladding portion is added on the outer periphery of the third core portion by a rod in collapse method.
  • the fourth glass pipe and the core base material are integrated by heating with the core base material inserted into the fourth glass pipe.
  • the relative refractive index difference ⁇ between the core portion and the first cladding portion is about 0.34% at the maximum.
  • the fourth intermediate rod (glass rod) in which the core base material and the fourth glass pipe are integrated in the fourth collapse step S15 is stretched.
  • the diameter of the fourth intermediate rod is adjusted so that the diameter of the core 110 of the optical fiber 100 to be manufactured in the drawing step S18 becomes a desired value (for example, a diameter of 125 ⁇ m).
  • the optical fiber preform 10 (FIG. 2) is manufactured by adding the second cladding part on the outer periphery of the first cladding part. That is, in this step, the second clad portion made of quartz glass to which fluorine is added is formed on the outer periphery of the fourth intermediate rod after the stretching step S16 by a method such as the OVD method, the VAD method, or the rod in collapse method. Synthesized. Note that, in the optical fiber preform 10 manufactured for the optical fiber of the sample 11, the average K concentration of the core portion 11 is 20 atomic ppm.
  • the optical fiber 100 (sample 11) is manufactured by drawing the optical fiber preform 10 manufactured as described above.
  • the transmission loss of this optical fiber 100 at a wavelength of 1550 nm is 0.148 dB / km.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of the K concentration distribution of the second intermediate rod produced in the second collapse step S10. As shown in FIG. 9, in the rod cross-section, the K concentration has a concentration peak not only at the center of the cross section of the manufactured optical fiber, that is, on the optical axis AX, but also at a certain position in the radial direction.
  • the optical fiber of sample 11 was manufactured by the above method.
  • the optical fibers of Samples 3, 4, 7, and 8 were also manufactured by the manufacturing method having the same first addition step S2 and second addition step S7. However, between these samples, the temperature of the electric furnace and the number of traverses in each of the first addition step S2 and the second addition step S7 were changed to have the characteristics shown in FIG.
  • the optical fiber of sample 2 was manufactured by using the glass rod (first core rod) whose central rod does not contain K in the same process as the method of manufacturing sample 11 after the second addition step S7.
  • the optical fiber of sample 2 K is added in a ring shape to a part of the core 110 (the annular region in which the core central region including the optical axis AX in the K-added region 111a is surrounded by a predetermined distance). K concentration distribution. Further, the optical fibers of Samples 6 and 10 were also manufactured by the same manufacturing method as Sample 2.
  • Samples 1, 5, and 9 are manufactured in the same process as the optical fiber manufacturing method of sample 11 (FIG. 8) except that the second addition step S7 is not performed. Accordingly, each of the samples 1, 5, and 9 is an optical fiber in which K is added only to the core central region including the optical axis AX.
  • SYMBOLS 10 Optical fiber base material, 11 ... Core part (core base material), 12 ... Cladding part, 100 ...

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

　本実施形態は、伝送損失の増加を抑制するようアルカリ金属元素が効率的にコアに添加された光ファイバに関する。アルカリ金属元素の平均濃度または濃度分布は、直径２０μｍの断面領域において、シリカ三員環構造によるラマン散乱光の強度ＩＤ２に対するＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光の強度Ｉω３の比ＩＤ２／Ｉω３の、半径方向に沿った分布に対して、波長１５５０ｎｍの導波光の電界分布を重み付けすることにより得られる値が０.４８以下となるよう、調整されている。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関するものである。
　レイリ散乱が小さく伝送損失が小さい光ファイバとして、コアにアルカリ金属元素が添加された石英系ガラス（silica-based glass）の光ファイバが知られている。光ファイバ母材のコア部（コア母材）がアルカリ金属元素を含んでいると、該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。この場合、石英ガラスのネットワーク構造の緩和が進行することから、光ファイバ内の仮想温度が低下することになる。結果、コアへのアルカリ金属元素の添加により、光ファイバにおける伝送損失の低減が理論上可能になる。
　アルカリ金属元素を石英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（例えば特許文献１，２を参照）。拡散法では、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ため、ガラスパイプを外部熱源により加熱したり、また、ガラスパイプ内にプラズマを発生させながら、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原料蒸気がガラスパイプ内に導入される。
　このようにしてアルカリ金属元素がガラスパイプの内表面近傍に添加された後、このガラスパイプを加熱により縮径させる。縮径後、アルカリ金属元素の添加の際に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がある厚みだけエッチングされる。アルカリ金属元素は遷移金属元素よりも拡散が速いためガラス表面をある厚みだけエッチングしても（遷移金属元素を除去しても）アルカリ金属元素をガラスパイプ内に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により中実化することで、アルカリ金属元素添加コアロッドが製造される。このアルカリ金属元素添加コアロッドの外側に、アルカリ金属元素添加コアロッドを含むコア部より屈折率が低いクラッド部を合成することで、光ファイバ母材が製造される。そして、この光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバが製造され得る。
特表２００５－５３７２１０号公報 米国特許出願公開第２００６／０１３０５３０号明細書
Raman studies of vitreous SiO2 versus fictive temperature, Physical Review B., 28, 3266 (1983).
　発明者らは、従来の光ファイバ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、上記の拡散法によりアルカリ金属元素がガラスパイプの内表面に拡散添加された結果、アルカリ金属元素のガラス内への拡散により、コアにおける仮想温度分布（半径方向の仮想温度分布）は光軸（光ファイバの断面中心に一致）において最小となる傾向を有する。この場合、コアを導波する光のパワー分布を考慮すると、パワーが大きいコア外周部の仮想温度が高くなるので、光ファイバの伝送損失が十分に低減しない。一方、光ファイバの伝送損失を下げるために一度に高濃度のアルカリ金属元素を添加しようとすると、アルカリ金属元素の結晶化が発生し、伝送損失が上昇するという課題があった。
　本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、アルカリ金属元素のコア添加に起因する伝送損失の増加を効果的に抑制するよう、アルカリ金属元素が効率的にコアに添加された光ファイバを提供することを目的としている。
　本実施形態に係る光ファイバは、石英系ガラスを主成分とし、光軸に沿って延びた、アルカリ金属元素を含むコアと、該コアを取り囲む、該コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備える。特に、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度ＩＤ２に対するラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度Ｉω３の比ＩＤ２／Ｉω３の、半径方向に沿った分布が所定の要件を満たすよう、効率的にアルカリ金属がコアに添加されることで、アルカリ金属元素のコアへの添加に起因する伝送損失の増加が効果的に抑制される。
　本実施形態によれば、アルカリ金属添加に起因する伝送損失の増加を効果的に抑制するようアルカリ金属元素が効率的にコアに添加された光ファイバが得られる。
は、石英系ガラスのラマン散乱スペクトルの一例を示す図である。 は、本実施形態に係る光ファイバを製造するための線引き工程の一例を説明するための図である。 は、本実施形態に係る光ファイバの断面構造の一例、屈折率分布の一例、およびカリウム濃度分布の一例を示す図である。 は、サンプル１～１１の光ファイバそれぞれについて、(ＩＤ２／Ｉω３)weightと伝送損失との関係を示すグラフである。 は、サンプル１～１１の光ファイバそれぞれについて、(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxと伝送損失との関係を示すグラフである。 は、サンプル１～１１の光ファイバそれぞれについて、(ＩＤ２／Ｉω３)differenceと伝送損失との関係を示すグラフである。 は、図４～図６に示されたサンプル１～１１の光ファイバの諸元を纏めた表である。 は、光ファイバ製造方法を説明するフローチャートである。 は、第２コラプス工程Ｓ１０で作製された第２中間ロッド（ガラスロッド）のカリウム濃度分布の一例を示すグラフである。
　[本願発明の実施形態の説明]
  最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）　本実施形態に係る光ファイバは、石英系ガラスを主成分とする光ファイバであって、光軸に沿って延びた、アルカリ金属元素を含むコアと、該コアを取り囲む、該コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備える。
　（２）　本実施形態の一態様として、ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
  光軸に直交する当該光ファイバの断面のうち該光軸を中心とする直径２０μｍの領域において、当該光ファイバの半径方向に沿った比ＩＤ２／Ｉω３の分布に対して、当該光ファイバの半径方向に沿った屈折率分布に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の半径方向に沿った電界分布を重み付けすることにより得られる値(ＩＤ２／Ｉω３)weightが０.４８以下となるよう、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度またはコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されるのが好ましい。なお、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度およびコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状の双方が調節されてもよい。
　具体的に上述の重み付け値(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、光軸ＡＸを中心とした直径２０μｍの領域における重み付けを規定する以下の式（１）で与えられる。すなわち、当該光ファイバの断面において、光軸ＡＸからの距離をｒとするとき、式（１）の分子中のＩＤ２／Ｉω３は、当該光ファイバの半径方向に沿った比ＩＤ２／Ｉω３の分布（光軸ＡＸから距離ｒの位置での比ＩＤ２（ｒ）／Ｉω３（ｒ））を示し、Ｅ（ｒ）は、半径方向に沿った屈折率分布に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の半径方向に沿った電界分布（光軸ＡＸから距離ｒの位置での電界強度）を示す。したがって、以下の式（１）で与えられる重み付け値(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、以下の式（２）の値により規格化された値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　（３）　本実施形態の一態様として、ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
  光軸に直交する当該光ファイバの断面において、当該光ファイバの屈折率分布に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３の値(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxが０.５０以下となるよう、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度またはコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されてもよい。なお、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度およびコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状の双方が調節されてもよい。
　（４）　本実施形態の一態様として、ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
  光軸に直交する当該光ファイバの断面において、当該光ファイバの屈折率分布に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３の値と光軸上での比ＩＤ２／Ｉω３の値との差(ＩＤ２／Ｉω３)differenceが０.１５以下となるよう、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度またはコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されてもよい。なお、コア内におけるアルカリ金属元素の平均濃度およびコア内におけるアルカリ金属元素の濃度分布の形状の双方が調節されてもよい。
　（５）　本実施形態の一態様として、アルカリ金属元素は、カリウムを含むのが好ましい。
　（６）　本実施形態の一態様として、光軸に直交する当該光ファイバの断面において、アルカリ金属元素の濃度分布は、光軸から所定距離離間した状態で該光軸を取り囲む環状領域内に第１濃度ピークが位置する形状を有するのが好ましい。また、この場合、光軸に直交する当該光ファイバの断面において、環状領域で取り囲まれた領域内に、第１濃度ピークの最大濃度よりも低い最大濃度の第２濃度ピークが位置する形状を有してもよい。
　（７）本実施形態の一態様として、光軸に直交する当該光ファイバの断面において、アルカリ金属元素の濃度分布は、当該光ファイバの半径方向に沿って互いに離間した複数の濃度ピークが存在する形状を有してもよい。この場合、複数の濃度ピークに含まれる隣接する２つ濃度ピークのうち光軸に近い一方の濃度ピークの最大濃度は、隣接する２つの濃度ピークのうち他方の濃度ピークの最大濃度よりも低いのが好ましい。
　以上、この[本願発明の実施形態の説明]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。
　［本願発明の実施形態の詳細］
  以下、本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。
　初めに、石英系ガラスのラマン散乱スペクトルと仮想温度との関係について説明する。一般に、物質に光を照射すると、光と物質（分子振動）との相互作用により、照射光波長と異なる波長のラマン散乱光が発生する。そのラマン散乱光を分光することにより得られたラマン散乱スペクトルを利用して、物質の構造を分子レベルで解析することができる。石英系ガラスに波長５３２ｎｍのレーザ光を照射すると、図１に示されたようなラマン散乱スペクトルが得られる。
　図１では、Ｓｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３が波数範囲７５０～８７５ｃｍ-1に認められる。また、シリカ三員環構造に帰属されるラマン散乱光Ｄ２が波数範囲５６５～６４０ｃｍ-1に認められる。更に、シリカ四員環構造に帰属されるラマン散乱光Ｄ１が波数範囲４７５～５２５ｃｍ-1に認められる。
　以下の説明では、Ｓｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度Ｉω３を、ラマン散乱スペクトルにおいて波数範囲７５０～８７５ｃｍ-1に引かれたベースラインとラマン散乱スペクトルとの間に挟まれた領域の平均強度で表す。また、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度ＩＤ２を、ラマン散乱スペクトルにおいて波数範囲５６５～６４０ｃｍ-1に引かれたベースラインとラマン散乱スペクトルとの間に挟まれた領域の平均強度で表す。
　比ＩＤ２／Ｉω３が小さいほど、石英系ガラスの均一化が進み、仮想温度が低いことが知られている（非特許文献１を参照）。石英系ガラスを主成分とする光ファイバは、理論上、比ＩＤ２／Ｉω３が小さいほど、レイリ散乱損失が低減し、伝送損失が低くなる。
　光ファイバにおける比ＩＤ２／Ｉω３の測定は、一例として、以下に説明する顕微ラマン分光法により行われる。半導体レーザ装置から出力される波長５３２ｎｍのレーザ光を、幅１００μｍのスリットに通した後、倍率５０倍の対物レンズにより集光する。これにより、約２μｍのスポット径のレーザ光が光ファイバ端面に照射される。露光は積算３０秒で２回とする。レーザ光の強度は、発振出力１Ｗ（光ファイバ端面では約１００ｍＷ）である。そして、光ファイバ端面に対して上記レーザ光を垂直照射した状態で、後方散乱光を検出器で受光することによりラマン散乱スペクトルの測定が行われる。更に、レーザ光を照射しながらファイバ径方向に走査することで、ファイバ径方向のラマン散乱光分布が測定される。
　ラマン散乱スペクトルを測定する際の検出器の各チャネルの間の感度の違いを補正するため、以下の計算が行われる。
  [補正後のスペクトル]＝[測定されたスペクトル]×[各チャネル補正係数]
  [各チャネル補正係数]＝[校正用ハロゲンランプの測定されたスペクトル]
                      ÷[校正用ハロゲンランプの理論上のスペクトル]
そして、補正後のラマン散乱スペクトルの波数依存性のデータに基づいた、Ｓｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度Ｉω３の算出と、シリカ三員環構造に帰属されるラマン散乱光Ｄ２の強度ＩＤ２の算出の後、これらＩＤ２とＩω３との強度比ＩＤ２／Ｉω３が算出される。
　次に、本実施形態に係る光ファイバの具体的な構造について、図２および図３を参照しながら説明する。なお、図２は、本実施形態に係る光ファイバを製造するための線引き工程の一例を説明するための図である。また、図３（ａ）は、本実施形態に係る光ファイバの断面構造の一例を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された光ファイバの半径方向に沿った屈折率分布の一例であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示された光ファイバの半径方向に沿ったアルカリ金属の濃度分布の一例（Ｋ濃度分布）である。
　以下、説明を簡単化するため、アルカリ金属元素としてカリウム（Ｋ）が光ファイバのコアに添加される例について説明する。したがって、以下の説明では、アルカリ金属添加領域は「Ｋ添加領域」、アルカリ金属非添加領域は「Ｋ非添加領域」と記す。また、アルカリ金属の濃度は「Ｋ濃度」、その濃度分布は「Ｋ濃度分布」と記す。
　まず、図２に示されたように、本実施形態に係る光ファイバを得るためには、当該光ファイバの断面構造に相似した断面構造を有する光ファイバ母材１０が製造される。この光ファイバ母材１０は、光軸ＡＸに沿って延びたコア部１１（コア母材）と、コア部１１の外周面上に設けられたクラッド部１２を備える。光ファイバ母材１０の一端は、図２に示されたように、ヒータ２０により加熱されることにより軟化する。この軟化した部分を図２中の矢印Ｓ１で示された方向に線引きすることにより、光ファイバ１００が得られる。なお、コア部１１は、当該光ファイバ母材１０を線引きすることにより得られる光ファイバ１００のコア１１０（図３（ａ）参照）に相当するガラス領域であり、屈折率の異なる複数のガラス領域により構成されてもよい。また、クラッド部１２は、当該光ファイバ母材１０を線引きすることにより得られる光ファイバ１００のクラッド１２０（図３（ａ）参照）に相当するガラス領域であり、屈折率の異なる複数のガラス領域により構成されてもよい。
　図２に示されたように線引きされた光ファイバ１００は、図３（ａ）に示されたような断面構造を有する。すなわち、図３（ａ）に示された例では、光ファイバ１００は、光軸に沿って延びた半径ａのコア１１０と、該コア１１０の外周面上に設けられたクラッド１２０を備える。コア１１０は、屈折率の異なる内側コアと、該内側コアの外周面上に設けられた外側コア１１２を備える。また、クラッド１２０は、外側コア１１２の外周面上に設けられた内側クラッド１２１と、該内側クラッド１２１の外周面上に設けられた外側クラッド１２２を備える。内側コアは、アルカリ金属元素としてカリウム（Ｋ）が添加されるＫ添加領域１１１ａと、該Ｋ添加領域１１１ａの外周面上に設けられたＫ非添加領域１１１ｂを含む。なお、図２（ａ）に示された例では、Ｋ非添加領域１１１ｂ、外側コア１１２の双方におけるＫ濃度は、１０原子ｐｐｍ以下に設定されており、実質的にＫを含まないコア領域を構成している。
　図３（ｂ）は、光ファイバ１００の半径方向に沿った屈折率分布１５０を示す図である。図３（ｂ）の屈折率分布１５０において、領域１５１は内側コアのうちＫ添加領域１１１ａに相当する、屈折率ｎ１の領域であり、領域１５２は内側コアのうちＫ非添加領域１１１ｂに相当する、屈折率ｎ１の領域であり、領域１５３は外側コア１１２に相当する、屈折率ｎ２（＞ｎ１）の領域である。また、領域１５４は内側クラッド１２１に相当する、屈折率ｎ３（＜ｎ１）の領域であり、領域１５４は外側クラッド１２２に相当する、屈折率ｎ３の領域である。ただし、領域１５４の屈折率と領域１５５の屈折率は一致している必要はない。
なお、以下の(ＩＤ２／Ｉω３)weightおよび(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxの算出根拠となる電界分布および電界強度の計算は、以下の構造パラメータに基づいて行われる。すなわち、純石英ガラス（屈折率ｎ０）を基準とした内側コアの比屈折率差が－０．１５％、外側コア１１２の比屈折率差が０％、内側クラッド１２１の比屈折率差が－０．３２％、内側コアの外径が４．２μｍ、外側コア１１２の外径が１２．６μｍ、コア半径ａが６．３μｍである。
　また図３（ｃ）は、光ファイバ１００の半径方向に沿ったＫ濃度分布１６０を示す図である。図３（ｃ）のＫ濃度分布１６０において、領域１６１は内側コアのうちＫ添加領域１１１ａに相当する領域（図３（ｂ）の領域１５１に相当）であり、領域１６２は内側コアのうちＫ非添加領域１１１ｂに相当する領域（図３（ｂ）の領域１５２に相当）であり、領域１６３は外側コア１１２に相当する領域（図３（ｂ）の領域１５３に相当）である。少なくとも、本実施形態に係る光ファイバ１００では、コア１１０内におけるＫの平均濃度、および、半径方向に沿ったＫ濃度分布の形状のうち少なくとも一方が、調整される。
　図４～図７は、複数種類の光ファイバ母材を線引きすることにより得られた光ファイバのサンプル１～１１それぞれについて、ラマン分光法により測定されたＤ２及びω３の値に基づく計算結果を表す。これら複数種類の光ファイバ母材は、コア部に含まれるＫの平均濃度が１０、１５、２０原子ｐｐｍの何れかに設定されるとともにコア部内においてＫを含む領域が変えられている。なお、図４～図７それぞれにおいて、記号「○」は、コア１１０内の平均Ｋ濃度が１０原子ｐｐｍに設定されたサンプル１～４それぞれの計算結果、記号「◇」は、コア１１０内の平均Ｋ濃度が１５原子ｐｐｍに設定されたサンプル５～８それぞれの計算結果、記号「□」は、コア１１０内の平均Ｋ濃度が２０原子ｐｐｍに設定されたサンプル９～１１それぞれの計算結果を示す。また、サンプル１、５、９は、何れも光軸ＡＸを含むコア中心にのみ濃度ピークが存在するＫ濃度分布を有する。サンプル２、６、１０は、何れも光軸ＡＸと外側コア１１２との間であって該光軸ＡＸから離れた位置に濃度ピークが１つのみ存在するＫ濃度分布を有する。サンプル３、４、７、８、１１は、何れも光軸ＡＸを含むコア中心に位置する第１濃度ピークと、該第１濃度ピークから所定距離離れた第２濃度ピークが存在するＫ濃度分布を有する。更に、Ｋ濃度分布に２つの濃度ピークが存在するサンプル３、４、７、８、１１はのうち、サンプル３、４は、平均Ｋ濃度は一致しているが、Ｋの添加条件が異なる。同様に、サンプル７、８も、平均Ｋ濃度は一致しているが、Ｋの添加条件が異なる。
　図４は、(ＩＤ２／Ｉω３)weightと伝送損失との関係を示すグラフである。(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、半径方向に沿った比ＩＤ２／Ｉω３の分布ＩＤ２（ｒ）／Ｉω３（ｒ）に対して、当該光ファイバ１００の屈折率分布１５０（図３（ｂ））に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界分布Ｅ（ｒ）を、光軸ＡＸを中心とする直径２０μｍの領域において重み付けすることにより得られる値（式（１）参照）である。伝送損失は、波長１５５０ｎｍでの値である。なお、図４において、コア内の平均Ｋ濃度が１０原子ｐｐｍに設定されたサンプル１～４それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、順に０．５３、０．５０、０．４７、０．４７である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が１５原子ｐｐｍに設定されたサンプル５～８それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、順に０．４５、０．４４、０．４２、０．４０である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が２０原子ｐｐｍに設定されたサンプル９～１１それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)weightは、順に、０．３８、０．３５、０．３４である（図７参照）。
　図４から、コアの平均Ｋ濃度が高い程、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が低いことが分かる。また、(ＩＤ２／Ｉω３)weightが小さい程、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が低いことが分かる。(ＩＤ２／Ｉω３)weightと波長１５５０ｎｍでの伝送損失との間に略線形関係があることが認められる。
　また、図４から具体的に以下のことが分かる。伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)weight≦０.４８であることが必要である。伝送損失≦０.１５２ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)weight≦０.４４であることが必要である。伝送損失≦０.１５０ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)weight≦０.４０であることが必要である。また、伝送損失≦０.１４８ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)weight≦０.３６であることが必要である。
　よって、伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを実現するためには、(ＩＤ２／Ｉω３)weightは０.４８以下であることが好ましく、製造バラつきを考慮すると(ＩＤ２／Ｉω３)weightは０.４４以下であることが更に好ましい。
　図５は、(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxと伝送損失との関係を示すグラフである。(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは、当該光ファイバ１００の屈折率分布１５０（図３（ｂ））に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３の値である。伝送損失は、波長１５５０ｎｍでの値である。例えば、コアの実効断面積が１３０μｍ２であって、モードフィールド径が１２.２μｍである場合、波長１５５０ｎｍの電界強度が最大となる位置は半径４μｍの位置となる。なお、図５において、コア内の平均Ｋ濃度が１０原子ｐｐｍに設定されたサンプル１～４それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは、順に、０．５６、０．５４、０．５１、０．４９である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が１５原子ｐｐｍに設定されたサンプル５～８それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは、順に、０．４８、０．４７、０．４５、０．４３である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が２０原子ｐｐｍに設定されたサンプル９～１１それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは、順に、０．４２、０．３９、０．３６である（図７参照）。
　図５から、(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxが小さい程、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が低いことが分かる。(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxと波長１５５０ｎｍでの伝送損失との間に略線形関係があることが認められる。
　また、図５から具体的に以下のことが分かる。伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)Pmax≦０.４８であることが必要である。伝送損失≦０.１５２ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)Pmax≦０.４５であることが必要である。伝送損失≦０.１５０ｄＢ／ｋｍを得るためには (ＩＤ２／Ｉω３)Pmax≦０.４０であることが必要である。また、伝送損失≦０.１４８ｄＢ／ｋｍを得るためには(ＩＤ２／Ｉω３)Pmax≦０.４０であることが必要である。
　よって、伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを実現するためには、(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは０.４８以下であることが好ましく、は製造バラつきを考慮すると(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxは０.４５以下であることが更に好ましい。
　図６は、(ＩＤ２／Ｉω３)differenceと伝送損失との関係を示すグラフである。(ＩＤ２／Ｉω３)differenceは、当該光ファイバ１００の屈折率分布１５０（図３（ｂ））に基づいて計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３の値と、光軸ＡＸ上（光ファイバの断面中心）での比ＩＤ２／Ｉω３の値との差である。伝送損失は、波長１５５０ｎｍでの値である。なお、図６において、コア内の平均Ｋ濃度が１０原子ｐｐｍに設定されたサンプル１～４それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)differenceは、順に、０．１２、０．１０、０．０８、０．０６である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が１５原子ｐｐｍに設定されたサンプル５～８それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)differenceは、順に、０．１４、０．１２、０．０８、０．０６である（図７参照）。コア内の平均Ｋ濃度が２０原子ｐｐｍに設定されたサンプル９～１１それぞれの(ＩＤ２／Ｉω３)differenceは、順に、０．１３、０．１０、０．０７である（図７参照）。
　図６から、各Ｋ濃度において、(ＩＤ２／Ｉω３)differenceが小さい程、波長１５５０での伝送損失が低いことが分かる。このような伝送損失の低減は、コア部のＩＤ２／Ｉω３の径方向の変動が小さい程、ガラス構造の変化が小さくなり（すなわち歪が小さくなり）、その結果、ガラスの散乱損失が低減したものと推測される。
　また、図６から、Ｋ濃度が１５ｐｐｍである場合において、具体的に以下のことが分かる。伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを得るためには (ＩＤ２／Ｉω３)difference≦０.１４であることが必要である。伝送損失≦０.１５２ｄＢ／ｋｍを得るためには (ＩＤ２／Ｉω３)difference≦０.０８であることが必要である。また、伝送損失≦０.１５０ｄＢ／ｋｍを得るためには (ＩＤ２／Ｉω３)difference≦０.０３であることが必要である。
　よって、伝送損失≦０.１５４ｄＢ／ｋｍを実現するためには、(ＩＤ２／Ｉω３)differenceは、０.１４以下（Ｋ濃度＝１５原子ｐｐｍ時）であることが好ましく、０.０３以下（Ｋ濃度＝１０原子ｐｐｍ時）であることが更に好ましい。
　図７は、図４～図６に示されたサンプル１～１１の各光ファイバの諸元を纏めた表である。すなわち、上述の図７には、サンプル１～１１の各光ファイバについて、コア１１０の平均Ｋ濃度、波長１５５０ｎｍでの伝送損失、(ＩＤ２／Ｉω３)weight、(ＩＤ２／Ｉω３)Pmaxおよび(ＩＤ２／Ｉω３)differenceが示されている。
　以下、一例として、サンプル１１の光ファイバの製造方法を、図８を用いて説明する。なお、図８は、光ファイバ製造方法を説明するフローチャートである。図８の光ファイバ製造方法は、準備工程Ｓ１、第１添加工程Ｓ２、第１縮径工程Ｓ３、第１エッチング工程Ｓ４、第１コラプス工程Ｓ５、小径化工程Ｓ６、第２添加工程Ｓ７、第２縮径工程Ｓ８、第２エッチング工程Ｓ９、第２コラプス工程Ｓ１０、第１研削工程Ｓ１１、第３コラプス工程Ｓ１２、コア延伸工程Ｓ１３、第２研削工程Ｓ１４、第４コラプス工程Ｓ１５、延伸工程Ｓ１６、第２クラッド部付与工程Ｓ１７および線引き工程Ｓ１８を順に行うことで、サンプル１１の光ファイバを製造することができる。
　準備工程Ｓ１では、第１ガラスパイプが用意される。第１ガラスパイプは、石英系ガラスからなり、塩素（Ｃｌ）濃度が１５０原子ｐｐｍであり、フッ素（Ｆ）濃度が６,０００原子ｐｐｍであり、その他のドーパント及び不純物の濃度が１０モルｐｐｍ以下である。また、この第１ガラスパイプの外径は３５ｍｍであり、内径は２０ｍｍである。
　第１添加工程Ｓ２では、第１ガラスパイプの内表面にアルカリ金属元素が添加される。具体的には、アルカリ金属原料として臭化カリウム（ＫＢｒ）を用い、これを熱源により温度８５０℃に加熱することでＫＢｒ蒸気が発生する。そして、キャリアガスとして１ｓｌｍ（標準状態にして１リットル／分）の酸素とともにＫＢｒ蒸気が第１ガラスパイプの中に導入される。その間、外部から酸水素バーナによって第１ガラスパイプの表面が２１５０℃となるように該第１ガラスパイプが加熱される。このとき、第１ガラスパイプの長手方向に沿って酸水素バーナを、速さ４０ｍ／ｍｉｎでトラバースさせることで（合計１５ターン）、カリウム元素（Ｋ）を第１ガラスパイプの内表面に拡散させる。
　第１縮径工程Ｓ３では、加熱による第１ガラスパイプの縮径が行われる。具体的には、Ｋが添加された第１ガラスパイプの中に酸素（０.５ｓｌｍ）を流しながら、酸水素バーナによって第１ガラスパイプの外表面が２２５０℃となるように該第１ガラスパイプが加熱される。酸水素バーナを複数回トラバースさせて第１ガラスパイプを加熱し、該第１ガラスパイプの内径が５ｍｍになるまで第１ガラスパイプの縮径が行われる。
　第１エッチング工程Ｓ４では、第１添加工程Ｓ２においてアルカリ金属元素の添加の際に同時に添加されてしまうＮｉやＦｅなどの遷移金属元素やＯＨ基を除去するため、第１ガラスパイプの内面がエッチングされる。具体的には、Ｋが添加された第１ガラスパイプの中にＳＦ６（０.２ｓｌｍ）および酸素（０.５ｓｌｍ）の混合ガスを導入しながら酸水素バーナで第１ガラスパイプを加熱することで、第１ガラスパイプの内面に対する気相エッチングが行われる。
　第１コラプス工程Ｓ５では、第１ガラスパイプを中実化することで第１中間ロッド（ガラスロッド）が作製される。具体的には、酸水素バーナによって第１ガラスパイプの表面温度を２１５０℃に加熱することで第１ガラスパイプの中実化が行われるが、その間、第１エッチング工程Ｓ４後の第１ガラスパイプの中は絶対圧９７ｋＰａ以下に減圧されるとともに、酸素（２ｓｌｍ）が第１ガラスパイプの中に導入されている。これにより、カリウム（Ｋ）が添加された直径２５ｍｍの第１中間ロッドが作製される。
　小径化工程Ｓ６では、第１コラプス工程Ｓ５で作製された第１中間ロッドの外周部分を除去することにより小径化された第１コアロッド（第１ガラスロッド）が作製される。具体的には、第１コラプス工程Ｓ５で作製された第１中間ロッドを長手方向に沿って刳り貫いて取り出した第１中間ロッドの中心部分（直径５ｍｍ）を第１コアロッドとする。または、第１コラプス工程Ｓ５で作製された第１中間ロッドの外周部分が該第１中間ロッドの長手方向に沿って研削され、第１中間ロッドの残った中心部分を第１コアロッドとする。ここで作製される第１コアロッドの表層部のカリウム濃度は２００原子ｐｐｍである。
　第２添加工程Ｓ７では、第２ガラスパイプの内表面にＫが添加される。第２ガラスパイプは、第１ガラスパイプの同様の石英系ガラスからなる。第２ガラスパイプへのＫの添加は、第１添加工程Ｓ２と同様に行われる。
　第２縮径工程Ｓ８では、第２添加工程Ｓ７後の第２ガラスパイプを加熱することにより該第２ガラスパイプの縮径が行われる。具体的には、酸水素バーナによって第２ガラスパイプの外表面が２２５０℃となるように該第２ガラスパイプが加熱されるが、その間、Ｋが添加された第２ガラスパイプの中には、酸素（０.５ｓｌｍ）が導入されている。酸水素バーナを６回トラバースさせながら第２ガラスパイプを加熱することで、該第２ガラスパイプの縮径が行われる。縮径後の第２ガラスパイプの内径は、小径化工程Ｓ６で製造された第１ガラスロッドの外径より０.１ｍｍ～１ｍｍ程度大きい。
　第２エッチング工程Ｓ９では、第２添加工程Ｓ７においてアルカリ金属元素の添加の際に同時に添加されてしまうＮｉやＦｅなどの遷移金属元素やＯＨ基を除去するため、第２縮径工程Ｓ８後の第２ガラスパイプの内面がエッチングされる。具体的には、酸水素バーナで第２ガラスパイプを加熱することで、該第２ガラスパイプの内面の気相エッチングが行われるが、その間、Ｋが添加された第２ガラスパイプの中には、ＳＦ６（０.２ｓｌｍ）および酸素（０.５ｓｌｍ）の混合ガスが導入されている。
　第２コラプス工程Ｓ１０では、ロッドインコラプス法により、第２中間ロッド（ガラスロッド）が作製される。すなわち、小径化工程Ｓ６で製造された第１コアロッドを第２エッチング工程Ｓ９後の第２ガラスパイプの中に挿入した状態で、これら第１コアロッドおよび第２ガラスパイプが加熱により一体化される。具体的には、酸水素バーナによって第２ガラスパイプの表面温度を２１５０℃にすることでロッドインコラプスが行われるが、その間、第１コラプス工程Ｓ５と同様に、第２ガラスパイプの中は絶対圧９７ｋＰａ以下に減圧されるとともに、酸素（２ｓｌｍ）が第２ガラスパイプの中に導入されている。
　第１研削工程Ｓ１１では、第２コラプス工程Ｓ１０で作製された第２中間ロッドの外周部分が研削されることにより、第２コアロッドが作製される。ここで作製される第２コアロッドは、直径１６ｍｍであり、全体にはＫが添加されていない。すなわち、第２コアロッドの外周領域にはＫが添加されていない。この第２コアロッドは、塩素濃度が１５０原子ｐｐｍ、フッ素濃度が６,０００原子ｐｐｍ、かつＫを含む第１コア部（線引き後にＫ添加領域１１１ａとなる部分）と、第１コア部を取り囲む部分であって、塩素濃度が１５０原子ｐｐｍ、フッ素濃度が６,０００原子ｐｐｍ、かつＫ濃度が１０原子ｐｐｍ以下である第２コア部（線引き後にＫ非添加領域１１１ｂとなる部分）と、を有する。第２コア部は実質的にＫを含まない。
　第３コラプス工程Ｓ１２では、第２コアロッドの外周上に第３コア部（線引き後に外側コア１１２となる部分）が付加される。すなわち、この工程では、塩素濃度が１２,０００原子ｐｐｍ、かつ塩素以外の添加物を実質的に含まない石英系ガラスからなる第３ガラスパイプが準備され、ロッドインコラプス法により、第２コアロッドの外周上に第３コア部を付加することで第３中間ロッドが作製される。なお、ロッドインコラプス法では、第３ガラスパイプの中に第２コアロッドが挿入された状態で、これら第３ガラスパイプおよび第２コアロッドが加熱により一体化される。
　コア延伸工程Ｓ１３では、第３中間ロッドの外径を２７ｍｍにするため、第３コラプス工程Ｓ１２で作製された第３中間ロッドが加熱されながら延伸される。
　第２研削工程Ｓ１４では、直径２０ｍｍの第３コアロッド（コア母材）を作製するため、コア延伸工程Ｓ１３で延伸された第３中間ロッドの外周部分が研削される。このコア母材（第３コアロッド）は、最終的には図２に示された光ファイバ母材１０のコア部１１となる部分であって、線引き後に光ファイバ１００のコア１１０となる部分である。
　このコア母材は、塩素濃度が１５０原子ｐｐｍ、フッ素濃度が６,０００原子ｐｐｍ、Ｋを含む第１コア部と、第１コア部を取り囲む部分であって、塩素濃度が１５０原子ｐｐｍ、フッ素濃度が６,０００原子ｐｐｍ、かつＫ素濃度が１０原子ｐｐｍ以下である第２コア部と、第２コア部を取り囲む部分であって、塩素濃度が１２,０００原子ｐｐｍ、かつＫ濃度が１０原子ｐｐｍ以下である第３コア部と、を有する。第２コア部および第３コア部は実質的にカリウム元素を含まない。コア母材内の第１コア部の径とコアロッドの径（２０ｍｍ）との比は５倍である。
　第４コラプス工程Ｓ１５では、第３コア部の外周上に第１クラッド部が付加される。この工程では、フッ素が添加された石英系ガラスからなる第４ガラスパイプが準備され、ロッドインコラプス法により、第３コア部の外周上に第１クラッド部が付加される。なお、このロッドインコラプス法では、第４ガラスパイプの中にコア母材を挿入した状態で加熱することにより、これら第４ガラスパイプおよびコア母材が一体化される。コア部と第１クラッド部との比屈折率差Δは最大で０.３４％程度である。
　延伸工程Ｓ１６では、第４コラプス工程Ｓ１５においてコア母材および第４ガラスパイプが一体化された第４中間ロッド（ガラスロッド）が延伸される。具体的には、線引き工程Ｓ１８で製造されるべき光ファイバ１００のコア１１０の径が所望値（例えば直径１２５μｍ）となるように、該第４中間ロッドの径が調整される。
　第２クラッド部付与工程Ｓ１７では、第１クラッド部の外周上に第２クラッド部を付加することで、光ファイバ母材１０（図２）が製造される。すなわち、この工程では、延伸工程Ｓ１６後の第４中間ロッドの外周上に、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法、ロッドインコラプス法等の方法により、フッ素が添加された石英系ガラスからなる第２クラッド部が合成される。なお、このサンプル１１の光ファイバ用に製造された光ファイバ母材１０において、コア部１１の平均Ｋ濃度は２０原子ｐｐｍである。
　線引き工程Ｓ１８では、以上のようにして製造された光ファイバ母材１０を線引きすることで、光ファイバ１００（サンプル１１）が製造される。この光ファイバ１００の波長１５５０ｎｍでの伝送損失は０.１４８ｄＢ／ｋｍである。
　図９は、第２コラプス工程Ｓ１０で作製された第２中間ロッドのＫ濃度分布の一例を示すグラフである。図９に示されたように、ロッド断面において、Ｋ濃度は、製造された光ファイバの断面中心、すなわち光軸ＡＸ上に濃度ピークを有するだけでなく、径方向の或る位置においても濃度ピークを有する。
　サンプル１１の光ファイバは以上の方法により製造された。サンプル３、４、７、８の各光ファイバも、同様の第１添加工程Ｓ２および第２添加工程Ｓ７を有する製造方法で製造された。ただし、これらのサンプル間では、第１添加工程Ｓ２および第２添加工程Ｓ７それぞれにおける電気炉の温度およびトラバース回数が、図７に示される特性を有するよう変えられた。サンプル２の光ファイバは、中心ロッドがＫを含まないガラスロッド（第１コアロッド）を用いて、上記第２添加工程Ｓ７以降を上記のサンプル１１の製造方法と同様のプロセスで製造された。これにより、サンプル２の光ファイバでは、コア１１０の一部（Ｋ添加領域１１１ａのうち光軸ＡＸを含むコア中心領域を所定距離離間した状態で取り囲んだ環状領域）にリング状にＫが添加されたＫ濃度分布を有する。また、サンプル６、１０の各光ファイバもサンプル２と同様の製造方法で製造された。
　なお、サンプル１、５、９は、上記第２添加工程Ｓ７が実施されないことを除けば、サンプル１１の光ファイバの製造方法（図８）と同様のプロセスで製造される。したがって、これらサンプル１、５、９それぞれは、光軸ＡＸを含むコア中心領域のみにＫが添加された光ファイバとなる。
　１０…光ファイバ母材、１１…コア部（コア母材）、１２…クラッド部、１００…光ファイバ、１１０…コア、１１１ａ…Ｋ添加領域（内側コア）、１１１ｂ…Ｋ非添加領域（内側コア）、１１２…外側コア、１２０…クラッド、１２１…内側クラッド、１２２…外側クラッド、１５０…屈折率分布、１６０…Ｋ濃度分布。

Claims (7)

  1. 　石英系ガラスを主成分とする光ファイバであって、
    　光軸に沿って延びた、アルカリ金属元素を含むコアと、
    　前記コアを取り囲む、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、
    　ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
    　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面のうち前記光軸を中心とする直径２０μｍの領域において、当該光ファイバの半径方向に沿った比ＩＤ２／Ｉω３の分布に対して、当該光ファイバの前記半径方向に沿った屈折率分布から計算される波長１５５０ｎｍの導波光の前記半径方向に沿った電界分布を重み付けすることにより得られる値が０.４８以下となるよう、前記コア内における前記アルカリ金属元素の平均濃度または前記コア内における前記アルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されている光ファイバ。
  2. 　石英系ガラスを主成分とする光ファイバであって、
    　光軸に沿って延びた、アルカリ金属元素を含むコアと、
    　前記コアを取り囲む、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、
    　ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
    　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面において、当該光ファイバの半径方向に沿った屈折率分布から計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３が０.５０以下となるよう、前記コア内における前記アルカリ金属元素の平均濃度または前記コア内における前記アルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されている光ファイバ。
  3. 　石英系ガラスを主成分とする光ファイバであって、
    　光軸に沿って延びた、アルカリ金属元素を含むコアと、
    　前記コアを取り囲む、前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を備え、
    　ラマン散乱スペクトルにおけるＳｉ-Ｏ伸縮振動によるラマン散乱光ω３の強度をＩω３とし、シリカ三員環構造によるラマン散乱光Ｄ２の強度をＩＤ２とするとき、
    　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面において、当該光ファイバの半径方向に沿った屈折率分布から計算される波長１５５０ｎｍの導波光の電界が最大となる位置での比ＩＤ２／Ｉω３の値と前記光軸上での比ＩＤ２／Ｉω３の値との差が０.１５以下となるよう、前記コア内における前記アルカリ金属元素の平均濃度または前記コア内における前記アルカリ金属元素の濃度分布の形状が調節されている光ファイバ。
  4. 　前記アルカリ金属元素は、カリウムを含むことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の光ファイバ。
  5. 　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面において、前記アルカリ金属元素の濃度分布は、前記光軸から所定距離離間した状態で前記光軸を取り囲む環状領域内に第１濃度ピークが位置する形状を有することを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光ファイバ。
  6. 　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面において、前記環状領域で取り囲まれた領域内に、前記第１濃度ピークの最大濃度よりも低い最大濃度の第２濃度ピークが位置する形状を有することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
  7. 　前記光軸に直交する当該光ファイバの断面において、前記アルカリ金属元素の濃度分布は、当該光ファイバの半径方向に沿って互いに離間した複数の濃度ピークが存在する形状を有し、
    　前記複数の濃度ピークに含まれる隣接する２つ濃度ピークのうち前記光軸に近い一方の濃度ピークの最大濃度は、前記隣接する２つの濃度ピークのうち他方の濃度ピークの最大濃度よりも低いことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光ファイバ。
PCT/JP2016/050855 2015-01-14 2016-01-13 光ファイバ Ceased WO2016114313A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16737384.4A EP3246736B1 (en) 2015-01-14 2016-01-13 Optical fiber
CN201680005723.8A CN107111054B (zh) 2015-01-14 2016-01-13 光纤
DK16737384.4T DK3246736T3 (da) 2015-01-14 2016-01-13 Optisk fiber
US15/645,303 US9910216B2 (en) 2015-01-14 2017-07-10 Optical fiber

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-004887 2015-01-14
JP2015004887A JP6536036B2 (ja) 2015-01-14 2015-01-14 光ファイバ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/645,303 Continuation US9910216B2 (en) 2015-01-14 2017-07-10 Optical fiber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016114313A1 true WO2016114313A1 (ja) 2016-07-21

Family

ID=56405854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/050855 Ceased WO2016114313A1 (ja) 2015-01-14 2016-01-13 光ファイバ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9910216B2 (ja)
EP (1) EP3246736B1 (ja)
JP (1) JP6536036B2 (ja)
CN (1) CN107111054B (ja)
DK (1) DK3246736T3 (ja)
WO (1) WO2016114313A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113134A (ja) * 2020-01-16 2021-08-05 株式会社フジクラ 光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法
JPWO2022004415A1 (ja) * 2020-07-03 2022-01-06

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11353650B2 (en) * 2018-03-30 2022-06-07 Nlight, Inc. Single mode LMA (large mode area) fiber
JP7119531B2 (ja) 2018-04-20 2022-08-17 住友電気工業株式会社 光ファイバ
JP6839686B2 (ja) * 2018-09-05 2021-03-10 古河電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
JP7136534B2 (ja) * 2019-05-07 2022-09-13 株式会社豊田中央研究所 光ファイバレーザ装置
US12216309B2 (en) * 2019-10-31 2025-02-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber
JP2021139963A (ja) * 2020-03-02 2021-09-16 古河電気工業株式会社 光結合器及び光出力装置
JP7831316B2 (ja) 2021-01-07 2026-03-17 住友電気工業株式会社 光ファイバ
US20220283363A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-08 Corning Incorporated Optical fiber with reduced attenuation due to reduced absorption contribution
US20240402417A1 (en) * 2021-10-14 2024-12-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber
JPWO2024176303A1 (ja) * 2023-02-20 2024-08-29
US20240377577A1 (en) * 2024-05-20 2024-11-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Glass material and optical fiber

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0543267A (ja) * 1990-11-26 1993-02-23 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd 透明合成シリカガラスからなる光学部材、該光学部材の製造方法及び該光学部材を用いた装置
JPH0648775A (ja) * 1991-11-12 1994-02-22 American Teleph & Telegr Co <Att> アルカリでドーピングしたＳｉＯ▲２▼系光学ファイバー

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7800157A (nl) * 1978-01-06 1979-07-10 Philips Nv Werkwijze voor de vervaardiging van optische fibers voor telecommunicatie.
US5410428A (en) * 1990-10-30 1995-04-25 Shin-Etsu Quartz Products Co. Ltd. Optical member made of high-purity and transparent synthetic silica glass and method for production thereof or blank thereof
WO1998002389A1 (fr) * 1996-07-16 1998-01-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verre de silice a perte ultra faible, et fibres optiques produites avec celui-ci
US6821917B2 (en) * 2002-06-14 2004-11-23 The University Of Southampton Tellurite glass and applications thereof
US20040057692A1 (en) 2002-08-28 2004-03-25 Ball Laura J. Low loss optical fiber and method for making same
US8798412B2 (en) * 2003-08-29 2014-08-05 Corning Incorporated Optical fiber containing an alkali metal oxide and methods and apparatus for manufacturing same
JP4870573B2 (ja) * 2003-12-12 2012-02-08 コーニング インコーポレイテッド アルカリがドープされた光ファイバ、そのプリフォームおよびその作成方法
US20050144986A1 (en) * 2003-12-30 2005-07-07 Bookbinder Dana C. Method of making an optical fiber preform
US20060130530A1 (en) 2004-12-21 2006-06-22 Anderson James G Method of doping silica glass with an alkali metal, and optical fiber precursor formed therefrom
US7844155B2 (en) * 2007-05-07 2010-11-30 Corning Incorporated Optical fiber containing alkali metal oxide
EP2479150B1 (en) * 2011-01-20 2013-09-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber preform, optical fiber, and method of manufacturing optical fiber preform
JP6136261B2 (ja) * 2012-01-23 2017-05-31 住友電気工業株式会社 光ファイバ
JP2014214079A (ja) * 2013-04-30 2014-11-17 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材
JP6337509B2 (ja) * 2014-02-24 2018-06-06 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材製造方法
WO2016013545A1 (ja) * 2014-07-22 2016-01-28 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材製造方法および光ファイバ母材
JP6613604B2 (ja) * 2015-04-30 2019-12-04 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材
US9919955B2 (en) * 2015-07-24 2018-03-20 Ofs Fitel, Llc Optical fiber with low loss and nanoscale structurally homogeneous core

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0543267A (ja) * 1990-11-26 1993-02-23 Shinetsu Quartz Prod Co Ltd 透明合成シリカガラスからなる光学部材、該光学部材の製造方法及び該光学部材を用いた装置
JPH0648775A (ja) * 1991-11-12 1994-02-22 American Teleph & Telegr Co <Att> アルカリでドーピングしたＳｉＯ▲２▼系光学ファイバー

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3246736A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113134A (ja) * 2020-01-16 2021-08-05 株式会社フジクラ 光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法
JP7397679B2 (ja) 2020-01-16 2023-12-13 株式会社フジクラ 光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法
JPWO2022004415A1 (ja) * 2020-07-03 2022-01-06
WO2022004415A1 (ja) * 2020-07-03 2022-01-06 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材
US12398062B2 (en) 2020-07-03 2025-08-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for producing optical fiber base material, and optical fiber base material
JP7750236B2 (ja) 2020-07-03 2025-10-07 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材

Also Published As

Publication number Publication date
EP3246736A4 (en) 2018-02-07
EP3246736A1 (en) 2017-11-22
JP6536036B2 (ja) 2019-07-03
CN107111054B (zh) 2020-05-08
US9910216B2 (en) 2018-03-06
EP3246736B1 (en) 2023-03-08
JP2016130786A (ja) 2016-07-21
DK3246736T3 (da) 2023-04-03
US20170305781A1 (en) 2017-10-26
CN107111054A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016114313A1 (ja) 光ファイバ
JP6187644B2 (ja) 光ファイバ
JP6337509B2 (ja) 光ファイバ母材製造方法
CA2630557C (en) Single mode optical fiber with improved bend performance
JP6213262B2 (ja) 光ファイバ母材および光ファイバ母材製造方法
US9919955B2 (en) Optical fiber with low loss and nanoscale structurally homogeneous core
CN102385103B (zh) 光纤、光纤预制体以及制造光纤预制体的方法
DK3173388T3 (en) PROCEDURE FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER PREFORM
WO2008024255A2 (en) Optical fiber containing alkali metal oxide
US20120198891A1 (en) Method for producing optical fiber preform
WO2015079987A1 (ja) 光ファイバ及び光ファイバ母材
JP5700699B2 (ja) 広帯域低損失光ファイバの製造方法
JP2009209039A (ja) フォトニックバンドギャップ光ファイバ
JP2014214079A (ja) 光ファイバ母材
WO2024190234A1 (ja) マルチコア光ファイバ
CN115667162B (zh) 光纤母材的制造方法以及光纤母材
JP4056778B2 (ja) 光ファイバ母材の製造方法
CN121152997A (zh) 多芯光纤
JP2015092250A (ja) 広帯域低損失光ファイバおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16737384

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016737384

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE