光纤和光纤母材的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及含有碱金属元素的光纤，W及含有碱金属元素的光纤母材的制造方 法。
【背景技术】
[0002] 已有由石英类玻璃构成、且具有含有碱金属元素的巧的光纤。在光纤母材的拉伸 过程中，具有含有碱金属元素的巧部的光纤母材使得该巧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。
[0003] 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描述了对石英玻璃渗杂碱金属元素的扩散渗杂法。该扩散渗杂法W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渗杂。
[0004] 在玻璃管的内表面区域被碱金属元素渗杂之后，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，W除去在碱金属元素渗杂过程中同样被引 入的不期望的过渡金属元素，如Ni和化。由于碱金属元素W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W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。在对玻璃管进行该样的刻蚀之后，通过加热使该玻璃管实屯、化，从而 制造含有碱金属元素的巧椿。然后，用包层部包围含有碱金属元素的该巧椿，其中该包覆部 的折射率小于包括该巧椿的巧部的折射率。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。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种光纤、W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。
[0006] 本发明的一个实施方式提供一种具有中屯、轴的光纤，所述光纤包括巧和包层，所 述巧沿所述中屯、轴延伸并且含有碱金属元素，所述包层的折射率低于所述巧的折射率，其 中，将相对于所述中屯、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)，则巧(r)达到最大处的径向距离1",处的假想温度至少比中屯、轴处的假想温 度低50°C。
[0007] 本发明的另一个实施方式提供一种具有中屯、轴的光纤，所述光纤包括巧和包层， 所述巧沿所述中屯、轴延伸并且含有碱金属元素，所述包层的折射率低于所述巧的折射率， 其中，将相对于所述中屯、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)，则巧(r)达到最大处的径向距离处的碱金属元素的浓度高于中屯、轴处 的碱金属元素的浓度。
[000引在根据本发明的上述实施方式的各个光纤中，巧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W是1. 2至3. 6;巧内残余应力（残余应力为径向距离r的函数） 的波动可W为lOMPaW下；且1550nm波长处的衰减可W为0. 16地/kmW下。
[0009] 本发明的另一个实施方式提供一种光纤母材的制造方法，所述光纤母材包括巧部 和包层部，所述巧部包括沿中屯、轴延伸的第一巧部和围绕所述第一巧部的第二巧部，并且 所述包层的折射率低于所述巧部的折射率，所述方法包括：对充当所述第二巧部的玻璃管 的内表面进行碱金属元素渗杂；向所述玻璃管中插入充当第一巧部的玻璃椿；通过加热所 述玻璃管使玻璃管实屯、化至所述玻璃椿上，其中所述巧部的半径与所述第一巧部的半径的 比值为1.2至3. 6。
[0010] 本发明可提供一种光纤、W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。
[0011] 附图简要说明
[0012] 图1为示出光纤中的钟浓度分布、rP(r)、和折射率分布的图。
[0013] 图2为示出光纤的整个巧上的衰减与平均钟浓度之间的关系的图。
[0014] 图3为根据本发明的一个实施方式的光纤的横截面图。
[0015] 图4为示出两种情况下假想温度和衰减之间的关系的图。
[0016] 图5为示出钟渗杂光纤母材的径向距离与该光纤母材的中屯、轴上的钟浓度、偏离 中屯、轴的位置处的钟浓度W及由该光纤母材制造的光纤的衰减之间的关系的图。
[0017] 图6为示出如下两种情况下光纤中的残余应力分布的图，一种情况为钟浓度在光 纤的中屯、轴处达到最大，另一种情况为钟浓度在距光纤的中屯、轴的径向距离为3ym处达 到最大。
[0018] 图7为根据本发明的一个实施方式的光纤母材的制造方法的流程图。
[0019] 图8为示出巧半径与钟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】
[0020] W下，将基于附图详细说明根据本发明的实施方式。
[0021] 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，本发明的发明人对由石英类玻璃制成、且包括含有碱金属元素的巧的光 纤进行了研究。在研究过程中，本发明人有W下发现。在光纤母材的中屯、轴区域被碱金属 元素渗杂的情况下，该碱金属元素W该样的方式扩散，使得碱金属元素浓度在巧部的中屯、 部分较高，并且在朝向巧部的外周部分的方向上降低。因而，可W预期到，处于拉伸温度下 的光纤母材的粘度在巧部的中屯、部分较低，而在朝向外周部分的方向上粘度升高。
[0022] 如图1所示，在通过拉伸该种光纤母材而得到的光纤中，碱金属元素的浓度在巧 的中屯、部分较高，并且在朝向该巧的外周部分的方向上浓度降低。因而，可W预期到，光纤 的散射损失在巧的中屯、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屯、轴的光纤径向距离定义为r，并将波长为1.55ym、且在巧中于径向 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、即巧(r)为在巧的外周部分 具有峰的函数。因此，可W预期到，玻璃结构显著影响传播光的区域不会是巧的中屯、部分， 而是巧的外周部分，该外周部分的碱金属元素的浓度较低。
[0023] 一种减小光纤衰减的技术为提高光纤的整个巧中的碱金属元素的浓度。然而，参 见图2,整个巧中的平均碱金属元素浓度为50摩尔ppmW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Si化中的渗杂原子数）。因此，优选的是，碱金属元素的 总量尽可能小。鉴于此，本发明人构想了制造该样的光纤的巧，该巧被碱金属元素渗杂，使 得碱金属元素浓度在偏离光纤的中屯、轴（巧的中屯、轴）的位置处具有峰。
[0024] 图3为根据本发明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，并且包括巧10和围绕巧10的包层20。巧10包括第一巧11和围绕第一巧11的第二巧 12。包层20包括围绕第二巧12的第一包层（光学包层）21、W及围绕第一包层21的第二 包层（物理包层）22。参见图1，光纤1中的巧10的折射率高于包层20的折射率。
[0025] 已知的是，具有低假想温度的玻璃会表现出低的瑞利散射损失。假想温度表示玻 璃中原子排列的杂乱程度。具体而言，玻璃的假想温度越高（杂乱程度越高），则瑞利散射 强度变得越大；玻璃的假想温度越低（杂乱程度越低），则瑞利散射强度变得越小。
[0026] 一种降低假想温度的技术是对光纤母材的巧部进行碱金属元素渗杂。该种情况 下，在使光纤母材形成光纤的步骤中，碱金属元素发生热扩散，从而使得碱金属元素的浓度 在渗杂碱金属元素的位置处达到最大（峰），并且在由该峰的位置向着周围位置的方向上 单调递减。因此，在由该种被碱金属元素渗杂的巧部得到的光纤1的巧10中，假想温度在渗 杂碱金属元素的位置处达到最小（谷底），并且在由该谷底位置向着周围位置的方向上单 调递增。通过设计该样的光纤，使得最小假想温度处的径向距离r与巧(r)达到最大（最 大巧(r))处的径向距离相同，从而可有效减小衰减。<