光纤预制件制造技术

一种光纤预制件，包括石英玻璃的芯部和包围芯部的包层部，包层部包含折射率低于芯部的含氟石英玻璃，芯部包括第一区域和第二区域，第一区域不包括芯部的中心轴，第一区域包含选自钠、钾及其化合物的第一掺杂剂，第二区域包括芯部的中心轴，第二区域包含降低石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃温度下的扩散系数为1×10

Optical fibre prefabrication

An optical fiber prefabrication includes a core of quartz glass and a cladding surrounding the core. The cladding contains fluorinated quartz glass with refractive index lower than the core. The core includes the first region and the second region. The first region does not include the central axis of the core, the first region contains the first dopant selected from sodium, potassium and their compounds, and the second region includes the central axis of the core and the second region package. The diffusivity of the second dopant containing the second dopant reducing the viscosity of quartz glass is 1 x 10 at the temperature of 2,000 ~2,300 ~C.

【技术实现步骤摘要】
光纤预制件
本专利技术涉及一种光纤预制件。
技术介绍
作为具有低瑞利散射损耗和低衰减的光纤，各种具有包含碱金属元素的芯的二氧化硅类光纤是已知的(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2005-537210、美国专利申请公开No.2006/0130530、日本未审查专利申请公开No.2009-541796、日本未审查专利申请公开No.2012-229150和日本未审查专利申请公开No.2016-210632)。通过在光纤预制件的芯部中含有碱金属元素，能够降低拉伸光纤预制件时芯部的粘度，因此能够使石英玻璃的网状结构均匀化，从而降低因结构波动导致的瑞利散射损失。作为在石英玻璃中添加碱金属元素的方法，已知有扩散法。扩散法是这样一种方法：在将诸如碱金属元素或碱金属盐之类的原料的蒸气引入玻璃管中的同时，通过用外部热源加热玻璃管、或者在玻璃管中产生等离子体，从而将碱金属元素扩散并添加到玻璃管的内表面。在以上述方式将碱金属元素添加到玻璃管的内表面部分附近之后，通过加热使玻璃管直径减小。直径减小后，玻璃管的内表面被蚀刻掉一定的厚度，以除去不可避免地与添加碱金属元素一起添加的过渡金属，如Ni和Fe。碱金属元素的扩散比过渡金属的扩散快。因此，即使玻璃表面被蚀刻掉一定的厚度以去除过渡金属，也可以留下碱金属元素。蚀刻后，通过将玻璃管加热成含有碱金属元素的实心芯棒而使玻璃管塌缩。可以在包含碱金属元素的芯棒的外侧上形成玻璃，该玻璃将形成第二芯部，并且整个芯棒和第二芯部可以用作光纤的芯。在芯部的外侧上形成包层部，以制造光纤预制件，其中该包层部的折射率低于芯部(芯部包括含有碱金属元素的芯棒)的折射率。光纤预制件可以被拉伸成光纤。日本未审查专利申请公开No.2016-210632中公开的光纤预制件在包括芯部的中心轴的区域内含有第一掺杂剂(钠或钾)，该第一掺杂剂具有高扩散系数，并且在不包括芯部的中心轴的区域中包含第二掺杂剂，该第二掺杂剂(例如，Rb、Cs、Mg、Ca或Sr)具有低扩散系数。在日本未审查专利申请公开No.2016-2106322中，当通过拉伸光纤预制件来制造光纤时，通过拉伸期间进行加热而使第一掺杂剂和第二掺杂剂扩散，以使得碱金属元素在光纤的芯部中的浓度分布均匀，从而获得具有低衰减的光纤。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光纤预制件，可以由该光纤预制件提供具有较低衰减的光纤。本专利技术的一个方面提供了一种光纤预制件，该光纤预制件包括含石英玻璃的芯部；和包围该芯部的包层部，该包层部包含折射率低于所述芯部的折射率的含氟石英玻璃，所述芯部包括：第一区域，其不包括所述芯部的中心轴，所述第一区域包含选自钠、钾及其化合物的第一掺杂剂，第二区域，其包括所述芯部的中心轴，所述第二区域包含降低所述石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下的扩散系数为1×10-12cm2/s以上且小于所述第一掺杂剂的扩散系数，其中整个所述芯部的所述第一掺杂剂的平均浓度为10原子ppm以上2,000原子ppm以下，并且整个所述芯部的所述第二掺杂剂的平均浓度为10原子ppm以上。这里使用的术语“原子ppm”表示1亿个SiO2中掺杂原子的数量。在根据本专利技术的该方面的光纤预制件中，第二掺杂剂可以是选自Rb、Cs、Mg、Ca和Sr中的任何一种。第一掺杂剂在芯部中的半径r1处具有峰浓度，并且芯部具有外径r2，比值(r2/r1)在3至9.5的范围内。整个芯部的氯(Cl)的平均浓度为10原子ppm以上且10,000原子ppm以下。附图说明图1是根据本专利技术实施方案的光纤预制件的概念图。图2为示出了图1中所示光纤预制件的实施方案的芯部中的掺杂剂浓度分布的曲线图。图3示出了通过拉伸图1中所示的光纤预制件而形成的光纤的芯部中掺杂剂浓度分布的曲线图。图4是列出钠、钾、铯和钙的扩散系数的表格。图5示出了1,550nm波长处光纤的衰减与光纤预制件的整个芯部中的第一掺杂剂的平均浓度之间的关系的曲线图。图6示出了1,550nm波长处光纤的衰减与光纤预制件的整个芯部中Cl的平均浓度之间的关系的曲线图。图7示出了根据本专利技术实施方案的光纤预制件和光纤的制造步骤的实例的流程图。图8示出了在1,550nm波长处的光纤的衰减与比值(r2/r1)之间的曲线图，比值(r2/r1)为光纤预制件的芯部的半径r2与芯部中第一掺杂剂的峰浓度位置r1之比。具体实施方式下面将参考附图对本专利技术的实施方案进行详细说明。在附图中，同样的元件以相同的附图标号表示，并且省略多余的重复说明。本专利技术不限于这些实施方案。本专利技术由所附权利要求表示。旨在包括与权利要求范围等同的范围和含义内的任何修改。在通过拉伸日本未审查专利申请公开No.2016-210632中公开的光纤预制件而制造的光纤中，具有高扩散系数的碱金属元素(第一掺杂剂)扩散到芯部以外，从而降低了芯部的中心部分的碱金属元素的浓度。在传播通过光纤芯部的基模光的功率分布中，功率随着距芯部中心的距离减小而增加。因此，由于芯部的中心部分(其中，基模光的功率高)的碱金属元素的浓度低，所以衰减的降低不充分。在仅将扩散系数高的碱金属元素(例如钠或钾等)添加到光纤预制件的芯部的情况下，通过将光纤预制件加热到2,000℃至2,300℃的拉伸温度，使碱金属元素扩散到芯部之外，以降低将要形成的光纤的芯部中碱金属元素的浓度。因此，未充分降低瑞利散射系数(A值)，不能充分降低衰减。A值是指近似表达式α＝Aλ-4+B右侧第一项的系数，其中α表示光纤中传输的光的损失，并且λ表示光的波长。在仅将具有高扩散系数的碱金属元素添加到光纤预制件的芯部的情况下，为了保持拉伸光纤的芯部中碱金属元素的充足浓度，光纤预制件的芯部中的碱金属元素的峰浓度应该增加。在这种情况下，遗憾的是，由于拉伸过程中的结晶而使得预制件拉伸为光纤存在困难。在仅将具有低扩散系数的碱金属元素或碱土金属元素(例如Rb、Cs、Mg、Ca或Sr)添加到光纤预制件的芯部的情况下，即使将光纤预制件加热到2,000℃至2,300℃的拉伸温度，碱金属元素或碱土金属元素也不会扩散到光纤的整个芯部中。同样在这种情况下，A值没有充分减小，因此不能充分减小衰减。与日本未审查专利申请公开No.2016-210632中公开的光纤预制件相同，在芯部中包括芯部中心轴的区域包含具有高扩散系数的第一掺杂剂、并且在芯部中不包括中心轴的区域包含扩散系数低的第二掺杂剂的情况下，对于通过拉伸该光纤预制件而形成的光纤，其芯部的中心部分(其中，基模光的功率高)的碱金属元素的浓度低。因而衰减的降低不充分。对于通过拉伸根据下面描述的本专利技术实施方案的光纤预制件而形成的光纤，在其芯部的中心部分(其中，基模光的功率高)中具有高浓度的碱金属元素或碱土金属元素，并具有足够低的衰减。图1是示出根据本专利技术实施方案的光纤预制件1的概念图。光纤预制件1包括由石英玻璃构成的芯部2和包围芯部2的包层部3，包层部3由石英玻璃构成。芯部2包含降低石英玻璃的粘度的第一掺杂剂和第二掺杂剂。包层部3的折射率低于芯部2的折射率并含有氟。图2示出了光纤预制件1的芯部2中的掺杂剂浓度分布的曲线图。图2的横轴表示径向方向上距芯部2的中心的距离，该距离被归一化为光纤预制件1的芯部2的半径。第一掺杂剂选自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤预制件，包括：包含石英玻璃的芯部；和包围该芯部的包层部，该包层部包含折射率低于所述芯部的折射率的含氟石英玻璃，所述芯部包括：第一区域，其不包括所述芯部的中心轴，所述第一区域包含选自钠、钾及其化合物的第一掺杂剂，第二区域，其包括所述芯部的中心轴，所述第二区域包含降低所述石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下的扩散系数为1×10‑12cm2/s以上且小于所述第一掺杂剂的扩散系数，其中整个所述芯部的所述第一掺杂剂的平均浓度为10原子ppm以上2,000原子ppm以下，并且整个所述芯部的所述第二掺杂剂的平均浓度为10原子ppm以上。

【技术特征摘要】
2017.07.12 JP 2017-1363151.一种光纤预制件，包括：包含石英玻璃的芯部；和包围该芯部的包层部，该包层部包含折射率低于所述芯部的折射率的含氟石英玻璃，所述芯部包括：第一区域，其不包括所述芯部的中心轴，所述第一区域包含选自钠、钾及其化合物的第一掺杂剂，第二区域，其包括所述芯部的中心轴，所述第二区域包含降低所述石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下的扩散系数为1×10-12cm2/s以上且小于所述第一掺杂剂的扩散系数，其中整个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：森田圭省，田村欣章，佐久间洋宇，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP