JP2015105199A - 光ファイバおよび光ファイバ母材 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝送損失が低い光ファイバ、およびこのような光ファイバを得るために使用され、コア部に結晶が発生し難い光ファイバ母材を提供する。
【解決手段】光ファイバは、コアとコアを取り囲むクラッドとを備える光ファイバであって、コアはアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、コアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度は０．１原子ｐｐｍ以上２０原子ｐｐｍ以下であり、コアにおける塩素元素の平均濃度は８００原子ｐｐｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である。
【選択図】図２
【解決手段】光ファイバは、コアとコアを取り囲むクラッドとを備える光ファイバであって、コアはアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、コアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度は０．１原子ｐｐｍ以上２０原子ｐｐｍ以下であり、コアにおける塩素元素の平均濃度は８００原子ｐｐｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である。
【選択図】図２
Description
本発明は、アルカリ金属元素を添加した光ファイバおよび光ファイバ母材に関する。
アルカリ金属元素をコアに添加した石英ガラス系の光ファイバが知られている（例えば、特許文献１〜１１を参照）。光ファイバ母材のコア部にアルカリ金属元素が添加されていると、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、石英ガラスのネットワーク構造の緩和が進行するため、光ファイバの伝送損失を低減することが可能であるといわれている。
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）。拡散法は、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をガラスパイプ内に導入しながら、ガラスパイプを外部熱源により加熱したり、ガラスパイプ内にプラズマを発生させたりすることで、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ものである。
このようにしてアルカリ金属元素をガラスパイプの内表面近傍に添加した後、このガラスパイプを加熱して縮径させる。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のある厚みをエッチングする。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でエッチングして遷移金属元素を除去してもアルカリ金属元素を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して中実化することで、アルカリ金属元素添加コアロッドを製造する。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も屈折率の低いクラッド部を合成することで光ファイバ母材を製造する。そして、この光ファイバ母材を公知の方法で線引きすることで光ファイバを製造することができる。
しかし、特許文献１〜１１に記載の技術では、製造工程において光ファイバ母材のコア部に結晶が発生し易かった。そして、このようにコア部に結晶が発生した光ファイバ母材を線引きして得られる光ファイバは、伝送損失が大きくなるという課題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、伝送損失が低い光ファイバ、およびこのような光ファイバを得るために使用され、コア部に結晶が発生し難い光ファイバ母材を提供することを目的とする。
本発明の光ファイバは、コアとコアを取り囲むクラッドとを備える光ファイバであって、コアはアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、コアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度は０．１原子ｐｐｍ以上２０原子ｐｐｍ以下であり、コアにおける塩素元素の平均濃度は８００原子ｐｐｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である。
本発明の光ファイバは、コアのおける塩素濃度の平均濃度は３００原子ｐｐｍ以上であるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、コアは更にフッ素元素を含み、コアにおけるアルカリ金属元素、塩素元素およびフッ素元素以外のドーパントの平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下であるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、コアはアルカリ金属元素としてカリウム元素を含むのが好適である。
本発明の光ファイバ母材は、コア部とコア部を取り囲むクラッド部とを備え、上記の光ファイバを得るために使用される石英ガラス系の光ファイバ母材であって、コア部は第一コア部と第一コア部を取り囲む第二コア部とを有し、コア部におけるアルカリ金属元素は第一コア部および第二コア部のうち第一コア部に選択的に含まれ、第二コア部におけるアルカリ金属元素の平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下であり、第一コア部における塩素元素の平均濃度は第二コア部における塩素元素の平均濃度よりも小さい。
本発明の光ファイバ母材は、コア部とコア部を取り囲むクラッド部とを備え、上記の光ファイバを得るために使用される石英ガラス系の光ファイバ母材であって、コア部はアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、コア部におけるアルカリ金属元素の平均濃度は５原子ｐｐｍ以上１００原子ｐｐｍ以下であり、コア部における塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ未満である。
本発明によれば、伝送損失が低い光ファイバ、およびこのような光ファイバを得るために使用され、コア部に結晶が発生し難い光ファイバ母材を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本発明者は、アルカリ金属元素がコアに添加された石英系ガラスからなる光ファイバについて研究を行う過程で、以下のような知見を得た。アルカリ金属元素が添加されたガラスは、ガラス転移点が１０００〜１４００℃に低温化し、その結晶化速度が速くなるため、結晶化し易くなることが判った。また、アルカリ金属元素添加コアロッドにアルカリ金属元素およびハロゲン元素のうち少なくともどちらか一方が高濃度に含まれていると、光ファイバ母材の製造工程においてアルカリ金属元素とハロゲン元素とが結合する。これにより、アルカリ金属元素のハロゲン化合物がガラス中に多く生成され、ガラス中に結晶が発生し易くなることが判った。
先ず、本実施形態の光ファイバ母材１について説明する。図１は、本実施形態の光ファイバ母材１の断面図である。光ファイバ母材１は、石英系ガラスからなり、コア部１０と、このコア部１０を取り囲むクラッド部２０とを備える。コア部１０は、第一コア部１１と、この第一コア部１１を取り囲む第二コア部１２とを有する。クラッド部２０は、第二コア部１２を取り囲む第一クラッド部（光学クラッド部）２１と、この第一クラッド部２１を取り囲む第二クラッド部（物理クラッド部）２２とを有する。
次に、光ファイバ母材１のコア部１０におけるアルカリ金属元素および塩素元素の濃度範囲について説明する。図２は、コア部１０における結晶化発生のカリウム（Ｋ）元素および塩素（Ｃｌ）元素濃度依存性を示すグラフである。これによれば、結晶化発生を防ぐためには、コア部１０におけるカリウム元素の平均濃度は１００原子ｐｐｍ以下、塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ未満であることが望ましい。また図６、７に示すようにこの光ファイバ母材１を線引きするとコア部１０に添加されたアルカリ金属元素および塩素元素共にコア部１０から拡散が進む。そのため、ファイバ状態でのコアのアルカリ金属元素の平均濃度の好適値は２０原子ｐｐｍ以下、塩素元素の平均濃度の好適値は８００原子ｐｐｍ以下で、また塩素元素の濃度は薄すぎると欠陥が増大し、伝送損失増の要因となるため、少なくとも３００原子ｐｐｍ以上であることが望ましい。
また、一方で、光ファイバ母材１のコア部１０にカリウム元素が添加されていると、光ファイバ母材１を線引きするときにコア部１０の粘性を下げることができ、石英ガラスのネットワーク構造の緩和が進行するため、光ファイバの伝送損失を低減することが可能である。このことから少なくとも光ファイバ母材１のコア部１０におけるカリウム元素の平均濃度は５原子ｐｐｍ以上であることが望ましい。図６に示すようにファイバ状態でのコアのアルカリ金属元素の平均濃度の好適値は、０．１原子ｐｐｍ以上である。
特許文献５，６には、屈折率を増加させるための金属酸化物（ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等）を実質的に含まず、アルカリ金属元素を添加したコアを有する光ファイバにおいては、塩素元素濃度を低くした方が伝送損失を低減できること、塩素元素を実質的に含まないか、塩素元素濃度が５００重量ｐｐｍ以下であることが望ましいこと、および、カリウム元素濃度はＫ２Ｏで５０〜５００重量ｐｐｍが望ましいことが記載されている。なお、本明細書では、屈折率を増加させるための金属酸化物（ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等）を実質的に含まないガラスを「純石英ガラス」と呼ぶ。
ここで、濃度換算としては以下の通りとなる。
塩素元素濃度 Ｃｌ：１重量ｐｐｍ ≒ Ｃｌ：１．７原子ｐｐｍ
カリウム元素濃度 Ｋ２Ｏ：１重量ｐｐｍ ≒ Ｋ：１．３原子ｐｐｍ
塩素元素濃度 Ｃｌ：１重量ｐｐｍ ≒ Ｃｌ：１．７原子ｐｐｍ
カリウム元素濃度 Ｋ２Ｏ：１重量ｐｐｍ ≒ Ｋ：１．３原子ｐｐｍ
これにより、特許文献５，６について塩素元素濃度を原子ｐｐｍで表記すると、８５０原子ｐｐｍ以下が望ましく、Ｋ２Ｏ濃度をＫ原子ｐｐｍで表記すると、６５〜６５０原子ｐｐｍが望ましいと記載されている。従って、特許文献５，６に記載の技術によれば、光ファイバ母材の製造工程においてガラス中に結晶が発生し、光ファイバの伝送損失が大きくなり易い。
光ファイバ母材１のコア部１０におけるアルカリ金属元素および塩素元素の濃度分布は、例えば、図３に示されるように第一コア部１１から第二コア部１２にかけて塩素元素濃度が略一様なものであってもよい。同図では、カリウム元素および塩素元素は、コア部１０の中心部をピークに外側に向かって減少するように添加されている。コア部１０全体におけるカリウム元素の平均濃度は１００原子ｐｐｍ以下となっている。コア部１０全体における塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ以下となっている。具体的には、コア部１０全体におけるカリウム元素の平均濃度は１９．３原子ｐｐｍ、塩素元素の平均濃度は９２４原子ｐｐｍである。また、コア部１０全体におけるカリウム元素のピーク濃度は７５０原子ｐｐｍ、塩素元素のピーク濃度は１２７０原子ｐｐｍである。また本光ファイバ母材１を線引きし得られた光ファイバのコアのカリウム元素の平均濃度は２原子ｐｐｍ、塩素元素の平均濃度は６００ｐｐｍであった。
また、光ファイバ母材１のコア部１０におけるアルカリ金属元素および塩素元素の濃度分布は、例えば、図４に示されるように第一コア部１１と第二コア部１２とで塩素元素濃度が異なるものであってもよい。同図では、カリウム元素は、第一コア部１１および第二コア部１２のうち第一コア部１１の方に選択的に含まれている。第一コア部１１におけるカリウム元素のピーク濃度は１０００原子ｐｐｍより高く、平均濃度は２５０原子ｐｐｍ以上となっている。逆に、第一コア部１１における塩素元素の平均濃度は８０原子ｐｐｍより低くなっている。また、第二コア部１２におけるアルカリ金属元素（カリウム元素）の平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下（本例では１原子ｐｐｍ以下となっている）が好ましく、塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ以上となっている。更に、第一コア部１１と第二コア部１２とを含むコア部１０全体におけるカリウム元素の平均濃度は１００原子ｐｐｍ以下、塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ以下となっている。具体的には、第一コア部１１におけるカリウム元素の平均濃度は２６０原子ｐｐｍ、塩素元素の平均濃度は７７原子ｐｐｍである。第一コア部１１におけるカリウム元素のピーク濃度は１１４１原子ｐｐｍである。また、コア部１０全体におけるカリウム元素の平均濃度は７．７原子ｐｐｍ、塩素元素の平均濃度は９０６原子ｐｐｍである。コア部１０全体における塩素元素のピーク濃度は１１８０原子ｐｐｍである。また本光ファイバ母材を線引きし得られた光ファイバのコアのカリウム元素の平均濃度は１原子ｐｐｍ、塩素元素の平均濃度は７５０原子ｐｐｍであった。
光ファイバは光弾性効果により、圧縮応力では屈折率が上昇し、引張り応力では屈折率が減少することが知られている。従って、第一クラッドの外周に設けられる第二クラッドの平均屈折率は、第一クラッドの平均屈折率よりも相対屈折率差で０．０１％以上、高いことが望ましい。
伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下に低減するように、光ファイバのコアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度は０．１原子ｐｐｍ以上とするのが好適である。また一方で、高濃度添加すると、耐放射特性や耐水素特性が著しく劣化するために、海底ケーブル用のファイバとしては、当該平均濃度は２０原子ｐｐｍ以下であることが望ましい。光ファイバのコアにおけるアルカリ金属元素、塩素元素およびフッ素元素以外のドーパントの平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下であることが望ましい。
光ファイバ母材１のコア部１０におけるアルカリ金属元素の平均濃度は、結晶化抑制の観点から、上記のとおり１００原子ｐｐｍ以下であることがよい。このようにすることでアルカリ金属元素添加コアロッドの製造性を向上することが可能である。伝送損失を十分に低減するためには、当該平均濃度は５原子ｐｐｍ以上であるとよい。
クラッド部２０の屈折率（クラッド部２０が多層構造の場合には、コア部１０外周の３倍程度となる半径位置での屈折率）を基準とした、コア部１０の屈折率の最大値の相対屈折率差（Δｃ２）は０．２５〜０．５５％であってよい。コア部１０の半径は３．０μｍ以上７．０μｍ以下であってよい。伝送損失は低い程好ましく、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１８０ｄＢ／ｋｍよりも低いことが望ましく、０．１７５ｄＢ／ｋｍ以下が更に望ましく、０．１７０ｄＢ／ｋｍ以下が最も望ましい。
コア部１０は、塩素元素、フッ素（Ｆ）元素などのハロゲン元素、カリウム元素、ナトリウム（Ｎａ）元素、ルビジウム（Ｒｂ）元素などのアルカリ金属元素が添加された石英系ガラスであることが好ましい。それ以外のゲルマニウム（Ｇｅ）元素、アルミニウム（Ａｌ）元素などの典型金属元素、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などの遷移金属元素といった、アルカリ金属元素、塩素元素およびフッ素元素以外のドーパントの濃度は１０原子ｐｐｍ以下であるとよく、１原子ｐｐｍ以下であると更に好ましく、０．１原子ｐｐｍ以下であると最も好ましい。
波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は、０．８ｄＢ／ｋｍよりも低いことが望ましく、０．４ｄＢ／ｋｍ以下が更に望ましく、０．３ｄＢ／ｋｍ以下が最も望ましい。ＰＭＤは０．２ｐｓ／√ｋｍ以下であってよい。ケーブルカットオフ波長は１５２０ｎｍ以下であるとよく、ラマン増幅に用いるポンプ波長となる１４５０ｎｍ以下であると更によい。
光ファイバ母材１のコア部１０およびクラッド部２０は、それぞれ屈折率構造を有してもよく、例えば、図５に示されるような各種の屈折率プロファイルを有していてもよいが、これに制限されることはない。
実施例１では、以下のようにして光ファイバ母材及び光ファイバを製造して、この光ファイバの伝送特性を調べた。
１．アルカリ金属元素を拡散させるパイプとして、９７０原子ｐｐｍの塩素元素および６０００原子ｐｐｍのフッ素元素をドーパントとして含み、その他元素の濃度は１０原子ｐｐｍ以下であって、実質的に純石英ガラスであるパイプを準備した（純石英ガラスパイプ）。このガラスパイプの外直径は３５ｍｍであり、内直径は２０ｍｍ程度であった。
２．アルカリ金属原料として臭化カリウム（ＫＢｒ）を用い、これを外部熱源により８４０℃に加熱して臭化カリウム蒸気を発生させた。そして、キャリアガスとして導入した流量１ＳＬＭ（標準状態に換算して１リットル／ｍｉｎ）の酸素と共に臭化カリウム蒸気を１．の純石英ガラスパイプに導入しながら、外部熱源である熱プラズマ火炎によって純石英ガラスパイプの外表面が２０５０℃となるように加熱した。熱プラズマ火炎は３０ｍｍ／ｍｉｎの速さでトラバースさせ、合計１２ターン加熱し、カリウム元素を純石英ガラスパイプの内表面に拡散添加させた。
３．２．のカリウム元素が添加された純石英ガラスパイプ内に酸素（２ＳＬＭ）を流しながら、外部熱源である熱プラズマ火炎によって純石英ガラスパイプの外表面が２１００℃となるように加熱した。熱プラズマ火炎は４０ｍｍ／ｍｉｎの速さでトラバースさせ、合計６ターン加熱し、カリウム元素が添加された純石英ガラスパイプを内直径が３ｍｍになるまで縮径した。
４．３．のカリウム元素及び酸素分子が添加された純石英ガラスパイプ内にＳＦ６（０．０５ＳＬＭ）、塩素（０．５ＳＬＭ）およびヘリウム（０．５ＳＬＭ）の混合ガスを導入しながら、外部熱源で加熱し気相エッチングすることで、純石英ガラスパイプの内直径を３．４ｍｍにした。
５．４．の純石英ガラスパイプ内に酸素（１ＳＬＭ）を導入しながら、純石英ガラスパイプ内の絶対圧を１ｋＰａにまで減圧し、外部熱源によって表面温度を１４００℃として中実化し、外直径が２８ｍｍのアルカリ金属元素添加コアガラスロッドとした。このアルカリ金属元素添加コアガラスロッドのカリウム元素濃度は最大値で１８００原子ｐｐｍであり、カリウム元素が１０原子ｐｐｍ以上に添加されている領域の外直径は１２ｍｍであった。
６．５．のアルカリ金属元素添加コアガラスロッドを外直径２０ｍｍとなるように外周部を研削し、コアガラスとした。
７．６．のコアガラスの外側にフッ素元素が添加された石英系ガラス（第一クラッド部）を合成し、光学クラッド部付きコアガラスとした。コア部（屈折率：ｎａ）と第一クラッド部（屈折率:ｎｂ１）との相対屈折率差（（ｎａ−ｎｂ１）／ｎＳｉＯ２×１００、ｎＳｉＯ２：純ＳｉＯ２の屈折率）は最大で０．３７％程度であった。この第一クラッド部の合成に際して、ここでは、フッ素元素が添加された石英系ガラスパイプを準備し、６．のコアガラスを挿入、外部熱源によって加熱・一体化する公知のロッドインコラプス法を用いた。このロッドインコラプス法による合成の結果、コアガラス及びその近傍の第一クラッド部の水分量を十分に低く抑制することが可能であった。
８．７．の光学クラッド部付きコアガラスを延伸などにより所定径に加工した後、その外側にフッ素元素が添加された石英系ガラス（第二クラッド部）を合成し、物理クラッド部を更に有する光ファイバ母材とした。光ファイバ母材は、第一クラッド部の外直径が３６ｍｍ、第二クラッド部の外直径が１４０ｍｍであった。コア部（屈折率：ｎａ）と第二クラッド部（屈折率:ｎｂ２）との相対屈折率差（（ｎａ−ｎｂ２）／ｎＳｉＯ２×１００、ｎＳｉＯ２：純ＳｉＯ２の屈折率）は最大で０．３８％程度であった。この第二クラッド部の合成には、公知のＯＶＤ法を用いた。またこのときの光ファイバ母材では、ガラス中に結晶は見られなかった。
９．８．の光ファイバ母材を公知の方法で線引きすることで光ファイバを製造した。このとき、線引時の光ファイバ化の加工速度は２３００ｍ／ｍｉｎであり、光ファイバに加わる張力は０．５Ｎであった。
以上のようにして製造された光ファイバの構造特性および伝送特性は、以下のとおりであった。コアにおけるカリウム元素の平均濃度は２原子ｐｐｍ程度であった。伝送損失（波長１３００ｎｍ）は０．２９２ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失（波長１３８０ｎｍ）は０．３０２ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失（波長１５５０ｎｍ）は０．１６５ｄＢ／ｋｍであった。波長分散（波長１５５０ｎｍ）は＋１５．９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ（波長１５５０ｎｍ）は＋０．０５４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。零分散波長は１３１０ｎｍであり、零分散波長における分散スロープは＋０．０８３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。実効断面積（波長１５５０ｎｍ）は８２μｍ２であり、モードフィールドは（波長１５５０ｎｍ）は１０．３μｍであり、モードフィールド（波長１３１０ｎｍ）は９．１μｍであった。ファイバカットオフ波長（２ｍ）は１３１０ｎｍであり、ケーブルカットオフ波長（２２ｍ）は１２３０ｎｍであった。偏波モード分散（Ｃ、Ｌバンド帯）は０．１１ｐｓ／√ｋｍであり、非線形係数（波長１５５０ｎｍ、ランダム偏波状態）は１．１（Ｗ・ｋｍ）−１であった。このように低伝送損失の光ファイバが得られた。
実施例２では、以下のようにして光ファイバ母材及び光ファイバを製造して、この光ファイバの伝送特性を調べた。
１．アルカリ金属元素を拡散させるパイプとして、９３０原子ｐｐｍの塩素元素および、６０００原子ｐｐｍのフッ素元素をドーパントとして含み、その他元素の濃度は１０原子ｐｐｍ以下であって、実質的に純石英ガラスであるパイプを準備した（純石英ガラスパイプ）。このガラスパイプの外直径は３５ｍｍであり、内直径は２０ｍｍ程度であった。
２．アルカリ金属原料として臭化カリウム（ＫＢｒ）を用い、これを外部熱源により８４０℃に加熱して臭化カリウム蒸気を発生させた。そして、キャリアガスとして導入した流量１ＳＬＭ（標準状態に換算して１リットル／ｍｉｎ）の酸素と共に臭化カリウム蒸気を１．の純石英ガラスパイプに導入しながら、外部熱源である熱プラズマ火炎によって純石英ガラスパイプの外表面が２０５０℃となるように加熱した。熱プラズマ火炎は３０ｍｍ／ｍｉｎの速さでトラバースさせ、合計２０ターン加熱し、カリウム元素を純石英ガラスパイプの内表面に拡散添加させた。
３．２．のカリウム元素が添加された純石英ガラスパイプ内に酸素（２ＳＬＭ）を流しながら、外部熱源である熱プラズマ火炎によって純石英ガラスパイプの外表面が２１００℃となるように加熱した。熱プラズマ火炎は４０ｍｍ／ｍｉｎの速さでトラバースさせ、合計６ターン加熱し、カリウム元素が添加された純石英ガラスパイプを内直径が３ｍｍになるまで縮径した。
４．３．のカリウム元素及び酸素分子が添加された純石英ガラスパイプ内にＳＦ６（０．０５ＳＬＭ）、塩素（０．５ＳＬＭ）およびヘリウム（０．５ＳＬＭ）の混合ガスを導入しながら、外部熱源で加熱し気相エッチングすることで、純石英ガラスパイプの内直径を３．４ｍｍにした。
５．４．の純石英ガラスパイプ内に酸素（１ＳＬＭ）を導入しながら、純石英ガラスパイプ内の絶対圧を１ｋＰａにまで減圧し、外部熱源によって表面温度を１４００℃として中実化し、外径が２８ｍｍのアルカリ金属元素添加コアガラスロッドとした。このアルカリ金属元素添加コアガラスロッドのカリウム元素濃度は最大値で１１４０原子ｐｐｍであり、カリウム元素が１０原子ｐｐｍ以上に添加されている領域の直径は１２ｍｍであった。
６．５．のアルカリ金属元素添加コアガラスロッドを外直径２０ｍｍとなるように公知の方法を用いて延伸し、その後、外直径が１２ｍｍとなるように外周部を研削した（第一コア部）。
７．６．のアルカリ金属元素添加コアガラスロッドの外側に外直径６５ｍｍとなるよう、濃度１０００原子ｐｐｍの塩素元素が添加された石英系ガラス（第二コア部）を設けた。その後、外直径２４ｍｍとなるように公知の方法を用いて延伸した。更に、外直径が２０ｍｍとなるように外周部を研削し、コアガラスとした。第一コア部と第二コア部とをあわせて、光ファイバ母材のコア部となる。このコア部におけるアルカリ金属元素の平均濃度は８原子ｐｐｍであった。この第二コア部の合成には、ここでは、濃度６０００原子ｐｐｍの塩素元素が添加された石英系ガラスパイプを準備し、６．のアルカリ金属元素添加コアガラスロッドを挿入、外部熱源によって加熱・一体化する公知のロッドインコラプス法を用いた。このロッドインコラプス法による合成の結果、第一コア部の径（Ｄ１）と塩素元素が高濃度に添加された第二コア部の径（Ｄ２）との比：Ｄ２／Ｄ１は５．８であった。
８．７．のコアガラスの外側にフッ素元素が添加された石英系ガラス（第一クラッド部）を合成し、光学クラッド部付きコアガラスとした。第二コア部（ｎａ２：第二コア部の屈折率）と第一クラッド部（ｎｂ１：第一クラッド部の屈折率）との相対屈折率差（（ｎａ２−ｎｂ１）／ｎＳｉＯ２×１００、ｎＳｉＯ２：純ＳｉＯ２の屈折率）は最大で０．３４％程度であった。この第一クラッド部の合成には、ここでは、フッ素元素が添加された石英系ガラスパイプを準備し、７．のコアガラスを挿入、外部熱源によって加熱・一体化する公知のロッドインコラプス法を用いた。このロッドインコラプス法による合成の結果、コアガラス及びその近傍の第一クラッド部の水分量を十分に低く抑制することが可能であった。
９．８．の光学クラッド部付きコアガラスを延伸などにより所定径に加工した後、その外側にフッ素が添加された石英系ガラス（第二クラッド部）を合成し、物理クラッド部を更に有する光ファイバ母材とした。光ファイバ母材は、第一クラッド部の外直径が３６ｍｍ、第二クラッド部の外直径が１４０ｍｍであった。第二コア部（ｎａ２：第二コア部の屈折率）と第二クラッド部（ｎｂ２：第二クラッド部の屈折率）との相対屈折率差（（ｎａ２−ｎｂ２）／ｎＳｉＯ２×１００、ｎＳｉＯ２：純ＳｉＯ２の屈折率）は最大で０．３０％程度であった。この第二クラッド部の合成には、公知のＶＡＤ法を用いた。またこのときの光ファイバ母材では、ガラス中に結晶は見られなかった。
１０．９．の光ファイバ母材を公知の方法で線引きすることで光ファイバを製造した。このとき、線引時の光ファイバ化の加工速度は２３００ｍ／ｍｉｎであり、光ファイバに加わる張力は０．５Ｎであった。
以上のようにして製造された光ファイバの構造特性および伝送特性は、以下のとおりであった。コアにおけるカリウム元素の平均濃度は１原子ｐｐｍ程度であった。伝送損失（波長１３００ｎｍ）は０．２８７ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失（波長１３８０ｎｍ）は０．２９２ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失（波長１５５０ｎｍ）は０．１６３ｄＢ／ｋｍであった。波長分散（波長１５５０ｎｍ）は＋２０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ（波長１５５０ｎｍ）は＋０．０６１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。実効断面積（波長１５５０ｎｍ）は１３１μｍ２であり、モードフィールド（波長１５５０ｎｍ）は１２．３μｍであり、偏波モード分散（Ｃ、Ｌバンド帯）は０．１１ｐｓ／√ｋｍであった。このように低伝送損失の光ファイバが得られた。
１…光ファイバ母材、１０…コア部、１１…第一コア部、１２…第二コア部、２０…クラッド部、２１…第一クラッド部、２２…第二クラッド部。
Claims (6)
- コアと前記コアを取り囲むクラッドとを備える光ファイバであって、
前記コアはアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、
前記コアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度は０．１原子ｐｐｍ以上２０原子ｐｐｍ以下であり、
前記コアにおける塩素元素の平均濃度は８００原子ｐｐｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である、光ファイバ。 - 前記コアのおける塩素元素の平均濃度は３００原子ｐｐｍ以上である、請求項１に記載の光ファイバ。
- 前記コアは更にフッ素元素を含み、
前記コアにおけるアルカリ金属元素、塩素元素およびフッ素元素以外のドーパントの平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下である、請求項１又は２に記載の光ファイバ。 - 前記コアはアルカリ金属元素としてカリウム元素を含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ。
- コア部と前記コア部を取り囲むクラッド部とを備え、請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバを得るために使用される石英ガラス系の光ファイバ母材であって、
コア部は第一コア部と前記第一コア部を取り囲む第二コア部とを有し、
前記コア部におけるアルカリ金属元素は前記第一コア部および前記第二コア部のうち前記第一コア部に選択的に含まれ、
前記第二コア部におけるアルカリ金属元素の平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下であり、
前記第一コア部における塩素元素の平均濃度は前記第二コア部における塩素元素の平均濃度よりも小さい、光ファイバ母材。 - コア部と前記コア部を取り囲むクラッド部とを備え、請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバを得るために使用される石英ガラス系の光ファイバ母材であって、
前記コア部はアルカリ金属元素と塩素元素とを含み、
前記コア部におけるアルカリ金属元素の平均濃度は５原子ｐｐｍ以上１００原子ｐｐｍ以下であり、
前記コア部における塩素元素の平均濃度は１０００原子ｐｐｍ未満である、光ファイバ母材。
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