光纤预制件制造技术

本发明专利技术实施例的光纤预制件包括均由石英玻璃组成的芯部部分和包层部分。芯部部分具有：第一掺杂剂区域，其包括芯部部分的中心轴线；以及第二掺杂剂区域，其远离中心轴线。第一掺杂剂区域包含第一掺杂剂，该第一掺杂剂选自Na、K及他们的混合物，并且第一掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上且2000原子ppm以下。第二掺杂剂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℃的温度下具有扩散系数为1×10‑12cm2/s以上且比第一掺杂剂的扩散系数小的特性，并且第二掺杂剂区域的浓度设定为10原子ppm以上。

【技术实现步骤摘要】

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传输损耗的光纤，如可以从例如日本专利申请(PCT申请的翻译)公开No.2005-537210W(专利文献1)和美国专利申请公开No.2006/0130530(专利文献2)中看到的是，均具有掺杂有碱金属元素的芯部的硅基光纤是已知的。在光纤预制件的芯部部分中包含碱金属元素可以在拉制光纤预制件本身时降低芯部部分的粘度，并使石英玻璃的网状结构变得均匀。因此，可以减少因不均匀的结构而造成的瑞利散射损耗。作为用于将碱金属元素掺杂到石英玻璃中的方法，如可以从例如专利文献1和专利文献2中看到的是，扩散法是已知的。扩散法通过以下步骤使碱金属元素扩散且掺杂到玻璃管部的内表面中：在将用作原材料的例如碱金属元素或碱金属盐等原材料蒸汽引入到玻璃管部中的同时，利用外部加热源加热玻璃管部或在玻璃管部中产生等离子。在以该方式将碱金属元素掺杂到玻璃管部的内表面附近中之后，玻璃管部被加热而使直径缩小。在直径缩小之后，以某个厚度对玻璃管部的内表面进行蚀刻，以便去除在掺杂碱金属元素的同时加入的例如Ni(镍)和Fe(铁)等过渡金属元素。碱金属元素比过渡金属元素扩散快。因此，即使在通过以某个厚度蚀刻玻璃表面来去除过渡金属元素之后，也可以使碱金属元素保留下来。在蚀刻之后，通过使玻璃管部被加热而熔缩来制造含有碱金属元素的芯棒。可以对含有碱金属元素的芯棒的外周施加用作第二芯部部分的玻璃，并处理要作为光纤的芯部的一部分的整个芯棒和第二芯部部分。通过在芯部部分的外周上设置包层部分来制造光纤预制件，并且包层部分的折射率比包括含有碱金属元素的芯棒的芯部部分的折射率低。然后，通过拉制光纤预制件，可以制造出光纤。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人在研究与开发含有碱金属元素且具有低传输损耗的光纤时得到了下述知识。芯部所含的碱金属元素的平均浓度与传输损耗之间存在关联，并且需要将碱金属元素掺杂到整个芯部中，以减少传输损耗。然而，利用上述扩散方法掺杂碱金属元素形成了如下浓度分布形状：碱金属元素的浓度在芯部的中心是高的且朝芯部的外周下降。因此，已考虑了如下方法：在远离芯部的中心轴线的位置处掺杂碱金属元素，但是例如Na(钠)和K(钾)等具有快扩散速率的大部分元素将扩散到包层中，并脱离该芯部。因此，降低了由碱金属元素产生的损耗减小效果。在用于以高浓度方式(预先考虑碱金属元素的浸出)将碱金属元素掺杂到包层中的方法中，因结晶而难以进行光纤制作。基于上述问题而作出了本专利技术，并且本专利技术的目的在于提供一种可以得到具有低传输损耗的光纤的光纤预制件。根据本专利技术实施例的光纤预制件包括由石英玻璃组成的芯部部分以及由石英玻璃组成的包层部分。芯部部分沿其中心轴线延伸，并且在光纤预制件的与中心轴线正交的横截面中具有第一掺质物区域和第二掺质物区域。第一掺杂剂区域包含第一掺杂剂，并且包括中心轴线。第一掺杂剂选自Na、K及他们的混合物，并且第一掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上且2000原子ppm以下。另一方面，第二掺杂剂区域包含用于降低石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，并且在远离中心轴线的同时包围该中心轴线。换言之，第二掺杂剂区域不包括中心轴线。第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下具有以下特性：扩散系数为1×10-12cm2/s以上且比第一掺杂剂的扩散系数小，并且第二掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上。包层部分包围芯部部分的外周，并且包含F(氟)。因此，包层部分的折射率比芯
部部分的折射率低。这里，原子ppm指的是1亿单位的SiO2中的掺杂剂原子的数量。优选的是，芯部部分的半径r2与距中心轴线的距离r1的比率(r2/r1)落入3至9.5的范围内。这里，距离r1定义为从中心轴线至出现第二掺杂剂的浓度峰值的位置的距离。优选的是，第二掺杂剂包括从Rb(铷)、Cs(铯)、Mg(镁)、Ca(钙)和Sr(锶)之中选择的任一者。此外，在光纤预制件的横截面中，第一掺杂剂区域和第二掺杂剂区域可以彼此重叠。第一掺杂剂区域的外周可以远离或对应于第二掺杂剂区域的内周。根据本专利技术实施例，提供了一种可以得到具有低传输损耗的光纤的光纤预制件。附图说明图1是示出了拉制步骤的视图；图2是示出了芯部中含有K的光纤中的残余应力的径向分布的实例的视图；图3是示出了芯部中含有K的光纤中的假想温度的径向分布的实例的视图；图4是示出了芯部-包层界面处的应力差与传输损耗之间的关系的实例的视图；图5是示出了在芯部包含作为掺杂剂且具有快扩散速率的K的情况下的浓度分布的视图；图6是示出了在芯部包含作为掺杂剂且具有慢扩散速率的Cs的情况下的浓度分布的视图；图7是示出了芯部中含有Ca的光纤中的残余应力的径向分布的实例的视图；图8是示出了芯部中含有Ca的光纤中的假想温度的径向分布的实例的视图；图9是示出了芯部中含有K和Ca的光纤中的残余应力的径向分布的实例的视图；图10是示出了芯部中含有K和Ca的光纤中的假想温度的径向分布的视图；图11是示出了第二掺杂剂的浓度与传输损耗之间的关系的视图；图12是示出了芯部半径r2和距离r1的比率(r2/r1)与光纤的传输损耗之间的关系的视图，距离r1定义为从中心轴线至第二掺杂剂的浓度峰值位置的距离；图13是Na、K、Cs和Ca的各个扩散系数的表；图14是表示用于制造根据本实施例的光纤预制件以及从该光纤预制件得到的光纤的步骤的视图；图15是根据本实施的各根光纤预制件的规格和从这些光纤预制件得到的光纤的传输损耗的表；以及图16是示出了光纤预制件中的第一掺杂剂和第二掺杂剂的相应径向浓度分布的视图。具体实施方式根据本专利技术实施例的光纤预制件包括由石英玻璃组成的芯部部分以及由石英玻璃组成的包层部分。芯部部分沿其中心轴线延伸，并且在光纤预制件的与中心轴线正交的横截面中具有第一掺杂剂区域和第二掺杂剂区域。第一掺杂剂区域包含第一掺杂剂并且包括中心轴线。第一掺杂剂选自Na、K及他们的混合物，并且第一掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上且2000原子ppm以下。另一方面，第二掺杂剂区域包含用于降低石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，远离中心轴线且包围该中心轴线。也就是说，第二掺杂剂区域不包括中心轴线。作为在2,000℃至2,300℃的温度下的特性，第二掺杂剂的扩散系数为1×10-12cm2/s以上且比第一掺杂剂的扩散系数小。此外，第二掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上。包层部分包围芯部部分的外周并且包含F。因此，包层部分的折射率比芯部部分的折射率低。下面将参考附图对根据本专利技术的各实施例进行详细描述。本专利技术并不限于这些实施例，并且包括在权利要求及其等同内容的范围
内所提供的所有改变。图1是示出了用于得到光纤的拉制步骤的视图。如图1所示，根据本实施例的光纤预制件10包括：芯部部分11，其由石英玻璃组成，并沿光纤预制件10的中心轴线AX延伸；以及包层部分12，其由石英玻璃组成，并包围芯部部分11。在光纤预制件10的与中心轴线AX正交的横截面中，芯部部分11的中心与中心轴线AX对应。芯部部分11包含用于降低石英玻璃的粘度的掺杂剂。包层部分12具有比芯部部分11的折射率低的折射率，并包含F。如图1所示，光纤预制件10的一端因被加热器20加热而软化。可以通过沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤预制件，包括：芯部部分，其由石英玻璃组成，并且沿着所述芯部部分的中心轴线延伸，在所述光纤预制件的与所述中心轴线正交的横截面中，所述芯部部分具有：第一掺杂剂区域，其包含第一掺杂剂，并且包括所述中心轴线，所述第一掺杂剂选自Na、K及他们的化合物，所述第一掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上且2000原子ppm以下，以及第二掺杂剂区域，其包含用于降低所述石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，并且在远离所述中心轴线的同时包围所述中心轴线，所述第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下具有以下特性：扩散系数为1×10‑12cm2/s以上且比所述第一掺杂剂的扩散系数小，所述第二掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上；以及包层部分，其由石英玻璃组成，并且包围所述芯部部分的外周，所述包层部分包含F，并且具有比所述芯部部分的折射率低的折射率。

【技术特征摘要】
2015.04.30 JP 2015-0927541.一种光纤预制件，包括：芯部部分，其由石英玻璃组成，并且沿着所述芯部部分的中心轴线延伸，在所述光纤预制件的与所述中心轴线正交的横截面中，所述芯部部分具有：第一掺杂剂区域，其包含第一掺杂剂，并且包括所述中心轴线，所述第一掺杂剂选自Na、K及他们的化合物，所述第一掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上且2000原子ppm以下，以及第二掺杂剂区域，其包含用于降低所述石英玻璃的粘度的第二掺杂剂，并且在远离所述中心轴线的同时包围所述中心轴线，所述第二掺杂剂在2,000℃至2,300℃的温度下具有以下特性：扩散系数为1×10-12cm2/s以上且比所述第一掺杂剂的扩散系数小，所述第二掺杂剂的浓度设定为10原子ppm以上；以及包层部分，其由石英玻璃组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：田村欣章，春名彻也，川口雄挥，
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