光纤和光纤母材的制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有中心轴的光纤，所述光纤包括芯和包层，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，其中，将相对于所述中心轴的径向距离定义为r，将在径向距离r处通过光纤传播的光的能量定义为P(r)，在rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的假想温度至少比中心轴处的假想温度低50℃。本发明专利技术还涉及一种制造光纤母材的方法。根据本发明专利技术的光纤表现出较低的衰减。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含有碱金属元素的光纤，以及含有碱金属元素的光纤母材的制造方法。
技术介绍
已有由石英类玻璃构成、且具有含有碱金属元素的芯的光纤。在光纤母材的拉伸过程中，具有含有碱金属元素的芯部的光纤母材使得该芯部具有较低的粘度并且石英玻璃的网状结构发生松弛。因此，可实现光纤衰减的降低。日本未审查专利申请公布(PCT申请的译文)No.2005-537210和美国专利申请公布No.2006/0130530描述了对石英玻璃掺杂碱金属元素的扩散掺杂法。该扩散掺杂法以如下方式进行。在将诸如碱金属或碱金属盐之类的原料的蒸气引入玻璃管中的同时，用外部热源加热该玻璃管或者在该玻璃管内产生等离子体。其结果是，通过扩散对该玻璃管的内表面进行了碱金属元素掺杂。在玻璃管的内表面区域被碱金属元素掺杂之后，通过加热减小该玻璃管的直径。此后，对玻璃管的内表面进行一定厚度的刻蚀，以除去在碱金属元素掺杂过程中同样被引入的不期望的过渡金属元素，如Ni和Fe。由于碱金属元素以比过渡金属元素更快的速度扩散，因此即使在对玻璃表面进行一定厚度的刻蚀以除去过渡金属元素之后，碱金属元素也能保留在玻璃表面内。在对玻璃管进行这样的刻蚀之后，通过加热使该玻璃管实心化，从而制造含有碱金属元素的芯棒。然后，用包层部包围含有碱金属元素的该芯棒，其中该包覆部的折射率小于包括该芯棒的芯部的折射率。由此制造了光纤母材。按照已知方式拉伸该光纤母材从而制造光纤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光纤、以及用来制造该光纤的光纤母材的制造方法，其中，该光纤表现出较低的衰减。本专利技术的一个实施方式提供一种具有中心轴的光纤，所述光纤包括芯和包层，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，其中，将相对于所述中心轴的径向距离定义为r，将在径向距离r处通过光纤传播的光的能量定义为P(r)，则rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的假想温度至少比中心轴处的假想温度低50℃。本专利技术的另一个实施方式提供一种具有中心轴的光纤，所述光纤包括芯和包层，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，其中，将相对于所述中心轴的径向距离定义为r，将在径向距离r处通过光纤传播的光的能量定义为P(r)，则rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的碱金属元素的浓度高于中心轴处的碱金属元素的浓度。在根据本专利技术的上述实施方式的各个光纤中，芯的半径与碱金属元素的浓度达到最大处的径向距离之比可以是1.2至3.6；芯内残余应力(残余应力为径向距离r的函数)的波动可以为10MPa以下；且1550nm波长处的衰减可以为0.16dB/km以下。本专利技术的另一个实施方式提供一种光纤母材的制造方法，所述光纤母材包括芯部和包层部，所述芯部包括沿中心轴延伸的第一芯部和围绕所述第一芯部的第二芯部，并且所述包层的折射率低于所述芯部的折射率，所述方法包括：对充当所述第二芯部的玻璃管的内表面进行碱金属元素掺杂；向所述玻璃管中插入充当第一芯部的玻璃棒；通过加热所述玻璃管使玻璃管实心化至所述玻璃棒上，其中所述芯部的半径与所述第一芯部的半径的比值为1.2至3.6。本专利技术可提供一种光纤、以及用来制造该光纤的光纤母材的制造方法，其中，该光纤表现出较低的衰减。附图简要说明图1为示出光纤中的钾浓度分布、rP(r)、和折射率分布的图。图2为示出光纤的整个芯上的衰减与平均钾浓度之间的关系的图。图3为根据本专利技术的一个实施方式的光纤的横截面图。图4为示出两种情况下假想温度和衰减之间的关系的图。图5为示出钾掺杂光纤母材的径向距离与该光纤母材的中心轴上的钾浓度、偏离中心轴的位置处的钾浓度以及由该光纤母材制造的光纤的衰减之间的关系的图。图6为示出如下两种情况下光纤中的残余应力分布的图，一种情况为钾浓度在光纤的中心轴处达到最大，另一种情况为钾浓度在距光纤的中心轴的径向距离为3μm处达到最大。图7为根据本专利技术的一个实施方式的光纤母材的制造方法的流程图。图8为示出芯半径与钾浓度峰的径向距离的比值与衰减之间的关系的图。具体实施方式以下，将基于附图详细说明根据本专利技术的实施方式。通过日本未审查专利申请公布(PCT申请的译文)No.2005-537210和美国专利申请公布No.2006/0130530所描述的光纤制造方法制造的光纤有时表现出较大的衰减。为了实现衰减的减少，本专利技术的专利技术人对由石英类玻璃制成、且包括含有碱金属元素的芯的光纤进行了研究。在研究过程中，本专利技术人有以下发现。在光纤母材的中心轴区域被碱金属元素掺杂的情况下，该碱金属元素以这样的方式扩散，使得碱金属元素浓度在芯部的中心部分较高，并且在朝向芯部的外周部分的方向上降低。因而，可以预期到，处于拉伸温度下的光纤母材的粘度在芯部的中心部分较低，而在朝向外周部分的方向上粘度升高。如图1所示，在通过拉伸这种光纤母材而得到的光纤中，碱金属元素的浓度在芯的中心部分较高，并且在朝向该芯的外周部分的方向上浓度降低。因而，可以预期到，光纤的散射损失在芯的中心部分较低，并且在朝向外周部分的方向上散射损失增大。另一方面，当将相对于光纤的中心轴的光纤径向距离定义为r，并将波长为1.55μm、且在芯中于径向距离r处传播的光的能量定义为P(r)时，则r和P(r)的乘积、即rP(r)为在芯的外周部分具有峰的函数。因此，可以预期到，玻璃结构显著影响传播光的区域不会是芯的中心部分，而是芯的外周部分，该外周部分的碱金属元素的浓度较低。一种减小光纤衰减的技术为提高光纤的整个芯中的碱金属元素的浓度。然而，参见图2，整个芯中的平均碱金属元素浓度为50摩尔ppm以上可能导致大的衰减。(本文中所用的“摩尔ppm”为一百万单元的SiO2中的掺杂原子数)。因此，优选的是，碱金属元素的总量尽可能小。鉴于此，本专利技术人构想了制造这样的光纤的芯，该芯被碱金属元素掺杂，使得碱金属元素浓度在偏离光纤的中心轴(芯的中心轴)的位置处具有峰。图3为根据本专利技术的一个实施方式的光纤1的截面图。该光纤1由石英玻璃形成，并且包括芯10和围绕芯10的包层20。芯10包括第一芯11和围绕第一芯11的第二芯12。包层20包括围绕第二芯12的第一包层(光学包层)21、以及围绕第一包层21的第二包层(物理包层)22。参见图1，光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有中心轴的光纤，包括：芯，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素；以及包层，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，其中，rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的假想温度至少比所述中心轴处的假想温度低50℃，其中，r表示相对于所述中心轴的径向距离，P(r)表示在所述径向距离r处通过所述光纤传播的光的能量。

【技术特征摘要】
2014.02.24 JP 2014-0329391.一种具有中心轴的光纤，包括：
芯，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素；以及
包层，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，
其中，rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的假想温度至少比所
述中心轴处的假想温度低50℃，其中，r表示相对于所述中心轴的径
向距离，P(r)表示在所述径向距离r处通过所述光纤传播的光的能量。
2.一种具有中心轴的光纤，包括：
芯，所述芯沿所述中心轴延伸并且含有碱金属元素；以及
包层，所述包层的折射率低于所述芯的折射率，
其中，rP(r)达到最大处的径向距离rmax处的所述碱金属元素的
浓度高于所述中心轴处的所述碱金属元素的浓度，其中，r表示相对
于所述中心轴的径向距离，P(r)表示在径向距离r处通过所述光纤传
播的光的能量。
3.根据权利要求1或2所述的光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：田村欣章，春名彻也，平野正晃，
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