光纤母材的制造方法及光纤母材与流程

本发明涉及光纤母材的制造方法及光纤母材。

背景技术：

作为瑞利散射减少、传输损耗小的光纤，已知有在芯中添加碱金属元素的石英玻璃系的光纤(例如，参见专利文献1至11)。在此，若在光纤母材的芯部(相当于芯母材)添加碱金属元素，则在拉制光纤母材时，可降低芯部的粘性。另外，由于芯部的粘性减少而使得石英玻璃的网络结构的松弛进行，因而碱金属元素的添加浓度越高，光纤内的假想温度越低，其结果是，光纤的传输损耗可能减少。

作为在石英玻璃中添加碱金属元素的方法，已知有扩散法(例如，参见专利文献1、2)。这种扩散法为这样的方法，即，在将成为原料的碱金属元素或碱金属盐等的原料蒸气导入到玻璃管的同时，通过外部热源而加热玻璃管，或者通过在玻璃管内产生等离子，从而将碱金属元素扩散添加到玻璃管的内表面的方法。

如上所述地，将碱金属元素添加到玻璃管的内表面附近，然后通过加热使该玻璃管缩径。在缩径后，为了除去在添加碱金属元素的同时也添加的Ni或Fe等过渡金属元素，将玻璃管的内表面蚀刻到仅特定程度的厚度。由于碱金属元素的扩散比过渡金属元素快，因而即使通过将玻璃表面蚀刻到仅特定程度的厚度来除去过渡金属元素，碱金属元素仍可能残留在玻璃管内。在蚀刻后，通过加热而使玻璃管实心化，从而制造了碱金属元素添加的芯棒。在该碱金属元素添加的芯棒的外侧上，合成具有比包含该碱金属元素添加的芯棒的芯部的折射率更低的折射率的包层部，从而制造了光纤母材。然后，通过拉制所得的光纤母材从而制造得到光纤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特表2005-537210号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2006/0130530号说明书

专利文献3：特表2007-504080号公报

专利文献4：特表2008-536190号公报

专利文献5：特表2010-501894号公报

专利文献6：特表2009-541796号公报

专利文献7：特表2010-526749号公报

专利文献8：国际公开第98/002389号

专利文献9：美国专利第5146534号说明书

专利文献10：特开2009-190917号公报

专利文献11：特开2012-229150号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的问题

发明人对如上所述的常规技术进行了研究，其结果是，发现了以下问题。即，通过如上所述的扩散法而将碱金属元素扩散添加到玻璃管的内表面，再通过加热而使该玻璃管实心化，从而制作构成芯母材的全部或部分的芯棒。由于这样所制作的芯棒成为拉制后的光纤的芯或芯的一部分，因此，在芯中心中碱金属元素的浓度大(即，假想温度低)，另一方面，碱金属元素浓度在向着外侧的方向上逐渐减少(即，假想温度变高)。若考虑传输到芯的光的功率分布，则在这样的碱金属元素的浓度分布中，不能充分地降低光功率大的芯外周部的假想温度，其结果是，传输损耗没有减少。另一方面，为了减少传输损耗，即使一度将高浓度的碱金属元素添加到光纤母材的芯部的大部分，在芯部内也发生结晶。这引起了以下的问题，即，通过拉制而得的光纤的传输损耗上升，或者光纤的制造产量降低。

本发明是为解决上述问题而进行的，其目的在于提供可通过拉制来制造传输损耗小的光纤的光纤母材，以及可制造这样的光纤母材的方法。

解决问题的方法

根据本实施方案的光纤母材的制造方法为制造这样的光纤母材的方法，该光纤母材具有芯部和包层部，其中所述芯部具有含有碱金属元素的第1芯部、包围第1芯部的第2芯部、包围第2芯部的第3芯部，所述包层部包围芯部并且具有比该芯部的折射率更低的折射率。需要说明的是，在本说明书中，将具有上述第1芯部、第2芯部、及第3芯部的芯部记为“芯母材”。另外，为了解决如上所述的问题，该光纤母材的制造方法至少具有第1添加步骤、第1塌缩步骤、第1直径减少步骤、第2添加步骤、第2塌缩步骤、第1附加步骤、第2附加步骤。在上述第1添加步骤中，在第1玻璃管的内表面上进行第1次的碱金属元素的添加。在上述第1塌缩步骤中，由第1玻璃管制作第1中间棒。在上述第1直径减少步骤中，由第1中间棒制作构成第1芯部的一部分的第1芯棒。在上述第2添加步骤中，在第2玻璃管的内表面上进行第2次的碱金属元素的添加。在上述第2塌缩步骤中，由第1芯棒和第2玻璃管，制作含有应当成为第1芯部的第1玻璃区域、以及应当成为第2芯部的第2玻璃区域的第2中间棒。在上述第1附加步骤中，得到含有由第2中间棒的全部或一部分构成的第2芯棒的第3中间棒。在上述第2附加步骤中，得到含有由第3中间棒的全部或一部分构成的第3芯棒的光纤母材。

发明的效果

根据本实施方案，通过拉制所制作的光纤母材，可得到传输损耗小的光纤。

附图说明

[图1]为用于说明制造根据本实施方案的光纤母材及光纤的方法的流程图。

[图2]为在根据本实施方案的光纤母材的制造方法的第2塌缩步骤S10中所制作的第2中间棒(在第2塌缩步骤S10中所制作的玻璃棒)的钾浓度分布的一个例子。

[图3]为在根据比较例的光纤母材的制造方法的第1塌缩步骤S25中所制作的第1中间棒(在第1塌缩步骤S25中所制作的玻璃棒)的钾浓度分布的一个例子。

[图4]为关于根据本实施方案的光纤母材的多个试样、以及根据比较例的光纤母材的多个试样，分别总结芯母材(构成光纤母材的一部分)中的平均钾浓度、该芯母材中的峰值钾浓度、以及在1550nm波长下的光纤的传输损耗的表。

[图5]为关于根据本实施方案的光纤母材的多个试样、以及根据比较例的光纤母材的多个试样，分别示出芯母材(构成光纤母材的一部分)中的峰值钾浓度与1550nm波长下的光纤的传输损耗的关系的图表。

[图6]为关于根据本实施方案的光纤母材的多个试样、以及根据比较例的光纤母材的多个试样，分别示出芯母材(构成光纤母材的一部分)中的平均钾浓度与在该芯母材中的峰值钾浓度的关系的图表。

[图7]为根据本实施方案的光纤母材的截面图。

[图8]为芯母材，特别是第1芯部中的沿着半径方向的钾浓度分布。

具体实施方式

[本发明的实施方案的说明]

首先，列出本发明的实施方案并进行说明。

(1)根据本实施方案的光纤母材的制造方法为制造这样的光纤母材的方法，该光纤母材具有含有碱金属元素的第1芯部、包围第1芯部的第2芯部、包围第2芯部的第3芯部、在包围第3芯部的同时具有比第1至第3芯部的各折射率更低的折射率的包层部，其中由第1至第3芯部构成芯母材。该光纤母材的制造方法至少具有第1添加步骤、第1塌缩步骤、第1直径减少步骤、第2添加步骤、第2塌缩步骤、第1附加步骤、第2附加步骤。在上述第1添加步骤中，将碱金属元素添加到氯浓度的平均值为10原子ppm以上600原子ppm以下的第1玻璃管的内表面上。在上述第1塌缩步骤中，通过加热使第1添加步骤后的第1玻璃管实心化。通过该第1塌缩步骤，由第1玻璃管制作第1中间棒。在上述第1直径减少步骤中，通过除去第1中间棒的外周部分从而使第1中间棒的直径减少。通过该第1直径减少步骤，由第1中间棒制作构成第1芯部的一部分的第1芯棒。在上述第2添加步骤中，将碱金属元素添加到氯浓度的平均值为10原子ppm以上600原子ppm以下的第2玻璃管的内表面上。在上述第2塌缩步骤中，在将第1芯棒插入到第2添加步骤后的前述第2玻璃管中的状态下，通过加热使第1芯棒和第2玻璃管一体化。通过该第2塌缩步骤，制作含有应当成为第1芯部的第1玻璃区域、以及应当成为第2芯部的第2玻璃区域的第2中间棒。需要说明的是，在该第2中间棒中，第1玻璃区域具有100原子ppm以上的碱金属元素浓度。另外，第2玻璃区域具有10原子ppm以下的碱金属元素浓度。在上述第1附加步骤中，在由第2中间棒的全部或一部分构成的第2芯棒的外周上，附加应当成为第3芯部的第3玻璃区域。该第3玻璃区域具有10原子ppm以下的碱金属元素浓度、以及2,000原子ppm以上15,000原子ppm以下的氯浓度。通过该第1附加步骤，得到含有第2芯棒的第3中间棒。另外，在上述第2附加步骤中，在由第3中间棒的全部或一部分构成的第3芯棒的外周上，附加应当成为包层部的第4玻璃区域。通过该第2附加步骤，得到含有第3芯棒的光纤母材。在此，“原子ppm”为示出碱金属或氯、氟等的添加物在玻璃中的浓度的单位之一，其表示包含于100万个SiO₂中的原子的个数。

对于上述的构成(1)，以下所有的构成及这些构成所有的组合均可适用。即，在第1塌缩步骤中，优选在将氧气导入到设定为减压状态的第1玻璃管的内部的同时，进行第1玻璃管的实心化。另外，在第2塌缩步骤中，优选在将将氧气导入到设定为减压状态的第2玻璃管的内部的同时，进行第1芯棒和第2玻璃管的一体化。该光纤母材的制造方法可进一步具有在第2塌缩步骤之后进行的第2直径减少步骤。在该第2直径减少步骤中，通过除去第2中间棒的外周部分，从而使第2中间棒的直径减少。其结果是，由第2中间棒制作了第2芯棒。另外，该光纤母材的制造方法可进一步具有在第1附加步骤之后进行的第3直径减少步骤。在该第3直径减少步骤中，通过除去第3中间棒的外周部分，从而使第3中间棒的直径减少。其结果是，由第3中间棒制作了第3芯棒。此外，包含于第3芯棒的OH基的平均浓度优选为0.01wt·ppm以下。另外，碱金属元素优选为钾。在第3芯棒当中的碱金属元素浓度为100原子ppm以上的区域的一部分或全部之中，氧分子浓度优选为30mol·ppb以上200mol·ppb以下。在此，“wt·ppm”为示出OH基等的添加物在玻璃中的浓度的单位之一，其表示包含于100万克的SiO₂中的添加物的重量[g]。

(2)另外，根据本实施方案的光纤母材可通过(例如)如上所述的根据本实施方案的光纤母材的制造方法(由上述全部的构成及这些构成的全部组合而规定的光纤母材的制造方法)而得到。该光纤母材具有芯母材、以及包围芯母材的包层部。芯母材至少由含有该芯母材的中心轴的第1芯部、包围第1芯部的第2芯部、以及包围第2芯部的第3芯部而构成。第1芯部具有最大值为500原子ppm以上5,000原子ppm以下的碱金属元素浓度。另外，在第1芯部中，沿着该第1芯部的半径方向的碱金属元素的浓度分布具有这样的形状，即，至少在与该第1芯部的截面中心(第一芯部的截面和中心轴的交点)分离预定距离的两个位置处为局部极大(例如，图2或图8)。第2芯部具有10原子ppm以下的碱金属元素浓度、以及10ppm以上600原子ppm以下的氯浓度。第3芯部具有10原子ppm以下的碱金属元素浓度、以及2,000原子ppm以上15,000原子ppm以下的氯浓度。需要说明的是，在整个芯母材中，碱金属元素浓度的平均值优选为7原子ppm以上70原子ppm以下。另外，包层部的折射率比第1至第3芯部的各折射率都要低。

对于上述的构成(2)，以下所有的构成及这些构成所有的组合均可适用。即，碱金属元素优选为钾。另外，第1芯部和第2芯部的氯浓度优选为10原子ppm以上600原子ppm以下。在芯母材当中的碱金属元素浓度为100原子ppm以上的区域的一部分或全部之中，氧分子浓度优选为30mol·ppb以上200mol·ppb以下。在此，“mol·ppm”为示出氧分子等的添加物在玻璃中的浓度的单位之一，其表示包含于100万mol的SiO₂中的添加物的分子量[mol]。在芯母材中的OH基的平均浓度优选为0.01wt·ppm以下。

[本发明的实施方案的详细说明]

以下，在参照附图的同时，对根据本实施方案的光纤母材的制造方法及光纤母材的具体的结构进行详细地说明。需要说明的是，本发明并不限定于这些例示，而是由权利要求书的范围所示出，并且意图包含与权利要求书的范围等同的含义和范围内的所有修改。

图1为说明制造根据本实施方案的光纤母材及光纤的方法的流程图。根据本实施方案的光纤母材的制造方法具有准备步骤S1、第1添加步骤S2、第1缩径步骤S3、第1蚀刻步骤S4、第1塌缩步骤S5、第1直径减少步骤S6、第2添加步骤S7、第2缩径步骤S8、第2蚀刻步骤S9、第2塌缩步骤S10、第2直径减少步骤S11、第3塌缩步骤S12、芯拉伸步骤S13、第3直径减少步骤S14、第4塌缩步骤S15、拉伸步骤S16、以及第2包层部付与步骤S17，通过按顺序进行这些步骤，从而制造光纤母材。根据本实施方案的光纤的制造方法通过进一步进行拉制步骤S18，从而可制造光纤。以下，与具体的制造条件的一个例子一起，对光纤母材的制造方法及光纤的制造方法进行说明。

在准备步骤S1中，准备第1玻璃管。第1玻璃管由石英系玻璃构成。另外，在该第1玻璃管中，氯(Cl)浓度为150原子ppm，氟(F)浓度为6,000原子ppm，其他掺杂剂和杂质的浓度为10mol·ppm以下。此外，该第1玻璃管具有35mm的外径和20mm的内径。

在第1添加步骤S2中，将碱金属元素添加到第1玻璃管的内表面上。具体而言，使用溴化钾(KBr)作为碱金属原料，通过热源将该溴化钾加热至840℃的温度从而生成KBr蒸气。然后，与作为载气而导入的1slm(标准状态下为1L/min)的氧一起，将KBr蒸气导入到第1玻璃管当中，与此同时，从外部通过氢氧燃烧器加热该第1玻璃管，使得第1玻璃管的表面成为2150℃。该第1添加步骤S2中的加热与使氢氧燃烧器在40m/min的速度下来回移动同时进行，总共进行15轮，从而通过该加热使得钾元素扩散到第1玻璃管的内表面上。

在第1缩径步骤S3中，通过加热而使第1玻璃管缩径。具体而言，使氧(0.5slm)流入到添加有钾元素的第1玻璃管当中，与此同时，通过氢氧燃烧器加热该第1玻璃管，使得第1玻璃管的外表面成为2250℃。该第1缩径步骤S3中的加热与使氢氧燃烧器数次来回移动同时进行，从而使第1玻璃管缩径到其内径为5mm。

在第1蚀刻步骤S4中，为了除去在第1添加步骤S2中添加碱金属元素的同时也添加的Ni或Fe等过渡金属元素或OH基，对第1玻璃管的内表面进行蚀刻。具体而言，对于第1玻璃管的内表面的蚀刻为气相蚀刻，该气相蚀刻通过以下方式进行，即，将SF₆(0.2slm)和氧(0.5slm)的混合气体导入到添加有钾元素的第1玻璃管当中，与此同时，通过氢氧燃烧器加热第1玻璃管。

在第1塌缩步骤S5中，使第1玻璃管实心化，由此制作第1中间棒(在第1塌缩步骤S5中所制作的玻璃棒)。具体而言，在使第1蚀刻步骤S4后的第1玻璃管的内部为绝对压力在97kPa以下的减压状态下，将氧(2slm)导入到第1玻璃管当中。与这样的减压状态下的氧导入平行进行通过氢氧燃烧器将第1玻璃管的表面温度加热到2150℃，从而使第1玻璃管实心化。由此，制作了直径为25mm且添加有钾元素的第1中间棒。

在第1直径减少步骤S6中，通过除去在第1塌缩步骤S5中所制作的第1中间棒的外周部分，制作了直径减少的第1芯棒(在第1直径减少步骤S6中所制作的第1玻璃棒)。具体而言，对于第1塌缩步骤S5中所制作的第1中间棒，通过穿孔从而掏空该第1中间棒当中的直径为5mm的中心部分，由此成为第1芯棒。另外，也可通过残留第1塌缩步骤S5中所制作的第1中间棒的中心部分并通过研磨而除去其外周部分，从而得到第1芯棒。在此所制作的第1芯棒的表层部分的钾浓度为100原子ppm。

在第2添加步骤S7中，将钾元素添加到第2玻璃管的内表面上。第2玻璃管由与第1玻璃管同样的石英系玻璃构成(第1及第2玻璃管的折射率几乎一致)。与第1添加步骤S2同样地，进行对于第2玻璃管的钾元素的添加。

在第2缩径步骤S8中，通过加热使第2玻璃管缩径。具体而言，使氧(0.5slm)流入到添加有钾元素的第2玻璃管当中，与此同时，通过氢氧燃烧器加热该第2玻璃管，使得该第2玻璃管的外表面成为2250℃。该第2缩径步骤S8中的加热与使氢氧燃烧器来回移动6次同时进行。缩径后的第2玻璃管的内径比在第1直径减少步骤S6中所制造的第1芯棒的外径大了约0.1mm至1mm。

在第2蚀刻步骤S9中，为了除去在第2添加步骤S7中添加碱金属元素的同时也添加的Ni或Fe等过渡金属元素或OH基，对第2玻璃管的内表面进行蚀刻。具体而言，对于第2玻璃管的内表面的蚀刻为气相蚀刻，该气相蚀刻通过以下方式进行，即，将SF₆(0.2slm)和氧(0.5slm)的混合气体导入到添加有钾元素的第2玻璃管当中，与此同时，通过氢氧燃烧器加热第2玻璃管。

在第2塌缩步骤S10中，将在第1直径减少步骤S6中制造的第1芯棒插入到第2蚀刻步骤S9后的第2玻璃管当中。其后，通过利用加热而使第1芯棒和第2玻璃管一体化的棒塌缩(ロッドインコラプス)法，制作了第2中间棒(在第2塌缩步骤S10中所制作的玻璃棒)。具体而言，在第2塌缩步骤S10中，与第1塌缩步骤S5同样地，在使第2玻璃管的内部为绝对压力在97kPa以下的减压状态下，将氧(2slm)导入到第2玻璃管当中。与在这样的减压状态下的氧的导入平行进行通过用氢氧燃烧器将第2玻璃管的表面温度加热到2150℃从而进行棒塌缩(第1芯棒和第2玻璃管的一体化)。

在第2直径减少步骤S11中，将在第2塌缩步骤S10中制作的第2中间棒的外周部分除去，由此，制作了第2芯棒(在第2直径减少步骤S11中所制作的第2玻璃棒)。需要说明的是，通过对于第2中间棒的外周部分的机械或化学研磨，可除去该外周部分。另外，通过从通过穿孔而被掏空的第2中间棒的中心部分(成为第2芯棒的部分)物理切离，也可除去这种外周部分。在此制作的第2芯棒的直径为16mm。此外，第2芯棒没有处于这样的状态，即钾元素整体地被添加，至少在第2芯棒的外周区域中，钾元素没有被有意地添加。即，该第2芯棒具有第1芯部(位于棒内侧的第1玻璃区域)、以及包围第1芯部的第2芯部(位于棒外侧的第2玻璃区域)，第1芯部在具有150原子ppm的氯浓度及6,000原子ppm的氟浓度的同时，也含有钾元素。另一方面，第2芯部虽然具有150原子ppm的氯浓度及6,000原子ppm的氟浓度，但该第2芯部中的钾元素浓度为10原子ppm以下，即第2芯部基本上不含钾元素。因此，第1芯部的折射率和第2芯部的折射率几乎一致。需要说明的是，对于第1芯部中的钾元素的浓度分布，其在中心轴附近具有由第1添加步骤而引起的第1峰值浓度(局部极大值)，与此同时，在包围第1峰的圆周上具有由第2添加步骤而引起的第2峰值浓度。

在第3塌缩步骤S12中，在第2芯棒的外周上附加第3芯部(第3玻璃区域)。具体而言，在该步骤中，准备由石英系玻璃构成的第3玻璃管(具有比第1和第2玻璃管的折射率都高的折射率)，该石英系玻璃具有12,000原子ppm的氯浓度并且基本上不含氯以外的添加物。在将第2芯棒插入到所准备的第3玻璃管中的状态下，通过加热从而使该第3玻璃管和第2芯棒一体化。通过这样的棒塌缩法，在第2芯棒的外周上附加第3芯部，由此制作了第3中间棒(在第3塌缩步骤S12中制作的第3玻璃棒)。该第3中间棒是成为光纤的芯的部分。

在芯拉伸步骤S13中，在加热第3塌缩步骤S12中制作的第3中间棒的同时进行拉伸。其结果是，第3中间棒的外径成为27mm。

在第3直径减少步骤S14中，将在芯拉伸步骤S13中被拉伸的第3中间棒的外周部分除去，制作了直径为20mm的第3芯棒(在第3直径减少步骤S14中制作的芯棒)，即芯母材。需要说明的是，通过对于第3中间棒的外周部分进行机械或化学研磨，可除去该外周部分。另外，通过从第3中间棒的中心部分(成为第3芯棒的部分)物理切离，也可除去这种外周部分，其中该第3中间棒通过穿孔而被掏空。

该芯母材(在第3直径减少步骤S14中制作的芯棒)具有第1芯部、包围第1芯部的第2芯部、以及包围第2芯部的第3芯部。第1芯部含有钾元素。另外，在该第1芯部中，氯浓度为150原子ppm，氟浓度为6,000原子ppm。在第2芯部中，氯浓度为150原子ppm，氟浓度为6,000原子ppm，钾元素浓度为10原子ppm以下。在第3芯部中，氯浓度为12,000原子ppm，钾浓度为10原子ppm以下。第2芯部和第3芯部基本上不含钾元素。构成芯母材的一部分的第1芯部的直径与芯母材的直径(20mm)的比例为5倍。

在芯母材中所含的OH基的浓度平均为0.01wt·ppm以下。在通过公知的方法拉制含有芯母材的光纤母材从而制造光纤的情况下，由在波长1.38μm的带中的OH基吸收而引起的传输损耗的增加变为小于1dB/km。另外，OH基的浓度更优选为平均0.001wt·ppm以下。此时，在所制造的光纤中，由在波长1.38μm的带中的OH基吸收而引起的传输损耗的增加变为小于0.1dB/km。

在第4塌缩步骤S15中，在第3芯部(相当于作为芯母材的第3芯棒)的外周上附加第1包层部。具体而言，在该步骤中，准备由添加有氟的石英系玻璃构成的第4玻璃管(具有比第1和第2玻璃管的折射率都低的折射率)。在将芯母材插入到该第4玻璃管中的状态下，通过加热从而使该第4玻璃管和芯母材一体化。通过这样的棒塌缩法，在第3芯部的外周上附加第1包层部。含有第1至第3芯部的芯母材与第1包层部的相对折射率差最大约为0.34％。

在拉伸步骤S16中，加热在第4塌缩步骤S15中将芯母材和第4玻璃管一体化而成的第4中间棒(在第4塌缩步骤S15中制作的玻璃棒)的同时进行拉伸。需要说明的是，该第4中间棒的拉伸的目的在于该第4中间棒的直径调整，从而使在拉制步骤S18中制造的光纤的芯的直径为所需的值。

在第2包层部付与步骤S17中，在第1包层部的外周上附加第2包层部。具体而言，在该步骤中，在拉伸步骤S16后的第4中间棒的外周上，通过OVD法、VAD法、棒塌缩法等，进行由添加有氟的石英系玻璃构成的第2包层部的合成，由此，制造了光纤母材。需要说明的是，在经过上述步骤而制造的光纤母材中，第1芯部的折射率和第2芯部的折射率几乎一致，第3芯部的折射率比第1和第2芯部的折射率都要高，并且，第1包层部和第2包层部的折射率比第1至第3芯部的各折射率都要低。

在拉制步骤S18中，通过拉制经过上述步骤而制造的光纤母材，从而制造了所需的光纤。

图2为在根据本实施方案的光纤母材的制造方法的第2塌缩步骤S10中制作的第2中间棒的钾浓度分布的一个例子。在这个例子中，峰值钾浓度为1,390原子ppm。在构成所制造的光纤母材的一部分的芯母材中，平均钾浓度为18原子ppm，峰值钾浓度为1,390原子ppm。所制造的光纤(拉制后的光纤)在1550nm波长下的传输损耗为0.150dB/km。

对于迄今已说明的根据本实施方案的光纤母材的制造方法，由于两次添加钾元素，因此，以下将根据本实施方案的制造方法称为“两次K添加法”。与此相对地，对于以下说明的比较例的光纤母材的制造方法，由于只添加钾元素一次，因此，以下将根据比较例的制造方法称为“一次K添加法”。

比较例的光纤母材的制造方法具有准备步骤S21(对应于图1的准备步骤S1)、第1添加步骤S22(对应于图1的第1添加步骤S2)、第1缩径步骤S23(对应于图1的第1缩径步骤S3)、第1蚀刻步骤S24(对应于图1的第1蚀刻步骤S4)、第1塌缩步骤S25(对应于图1的第1塌缩步骤S5)、第1研磨步骤S26(对应于图1的第2直径减少步骤S11)、第2塌缩步骤S27(对应于图1的第3塌缩步骤S12)、芯拉伸步骤S28(对应于图1的芯拉伸步骤S13)、第2研磨步骤S29(对应于图1的第3直径减少步骤S14)、第3塌缩步骤S30(对应于图1的第4塌缩步骤S15)、拉伸步骤S31(对应于图1的拉伸步骤S16)、以及第2包层部付与步骤S32(对应于图1的第2包层部付与步骤S17)，通过按顺序进行这些步骤，制造了光纤母材。比较例的光纤的制造方法通过进一步进行拉制步骤S33(对应于图1的拉制步骤S18)而可制造光纤。以下，与具体的制造条件的一个例子一起，来说明光纤母材的制造方法及光纤的制造方法。

比较例中的准备步骤S21、第1添加步骤S22、第1缩径步骤S23、第1蚀刻步骤S24及第1塌缩步骤S25分别与本实施方案(图1)中的准备步骤S1、第1添加步骤S2、第1缩径步骤S3、第1蚀刻步骤S4及第1塌缩步骤S5相同。

在第1研磨步骤S26中，研磨在第1塌缩步骤S25中制作的第1中间棒(玻璃棒)的外周部分，由此，制作了第1芯棒(第1玻璃棒)。在此所制作的第1芯棒的直径为16mm。此外，第1芯棒没有处于这样的状态，即钾元素整体地被添加，至少在第1芯棒的外周区域中，钾元素没有被有意地添加。即，该第1芯棒具有第1芯部(位于棒内侧的第1玻璃区域)、以及包围第1芯部的第2芯部(位于棒外侧的第2玻璃区域)，第1芯部在具有150原子ppm的氯浓度及6,000原子ppm的氟浓度的同时，也含有钾元素。另一方面，第2芯部虽然具有150原子ppm的氯浓度及6,000原子ppm的氟浓度，但在该第2芯部中的钾元素浓度为10原子ppm以下，即第2芯部基本上不含钾元素。

在第2塌缩步骤S27中，在第1芯棒的外周上附加第3芯部。具体而言，在该步骤中，准备由石英系玻璃构成的第2玻璃管，该石英系玻璃具有13,000原子ppm的氯浓度并且基本上不含氯以外的添加物。在将第1芯棒插入到该所准备的第2玻璃管中的状态下，通过加热从而使该第2玻璃管和第1芯棒一体化。通过这样的棒塌缩法，在第1芯棒的外周上附加第3芯部，由此制作了第2中间棒。该第2中间棒是成为光纤的芯母材的部分。

在芯拉伸步骤S28中，在加热第2塌缩步骤S27中制作的第2中间棒的同时进行拉伸。其结果是，第2中间棒的外径成为27mm。

在第2研磨步骤S29中，将在芯拉伸步骤S28中拉伸的第2中间棒的外周部分研磨，从而制作了直径为20mm的芯母材。

该芯母材具有含钾元素的第1芯部、包围第1芯部的第2芯部、以及包围第2芯部的第3芯部。在含有钾元素的第1芯部中，氯浓度为150原子ppm，氟浓度为6,000原子ppm。在第2芯部中，氯浓度为150原子ppm，氟浓度为6,000原子ppm，钾元素浓度为10原子ppm以下。在第3芯部中，氯浓度为12,000原子ppm，钾浓度为10原子ppm以下。如此地，第2芯部和第3芯部基本上不含钾元素。构成芯母材的一部分的第1芯部的直径与芯母材的直径(20mm)的比例为5倍。

在第3塌缩步骤S30中，在第3芯部的外周上附加第1包层部。具体而言，在该步骤中，准备由添加有氟的石英系玻璃构成的第3玻璃管。在将芯母材插入到所准备的第3玻璃管中的状态下，通过加热从而使该第3玻璃管和芯母材一体化。通过这样的棒塌缩法，在第3芯部的外周上附加第1包层部。含有第1至第3芯部的芯母材与第1包层部的相对折射率差最大约为0.34％。

在拉伸步骤S31中，加热在第3塌缩步骤S30中将芯母材和第3玻璃管一体化而成的第3中间棒的同时进行拉伸。需要说明的是，该第3中间棒的拉伸的目的在于该第3中间棒的直径调整，从而使在拉制步骤S33中制造的光纤的芯的直径为所需的值。

在第2包层部付与步骤S32中，在第1包层部的外周上附加第2包层部。具体而言，在该步骤中，在拉伸步骤S31后的第3中间棒的外周上，通过OVD法、VAD法、棒塌缩法等合成由添加有氟的石英系玻璃构成的第2包层部。由此，制造了光纤母材。

在拉制步骤S33中，通过拉制经过上述步骤而制造的光纤母材，从而制造了光纤。

图3为在比较例的光纤母材的制造方法的第1塌缩步骤S25中所制作的第1中间棒的钾浓度分布的一个例子。在如图3所示的例子中，峰值钾浓度为1,250原子ppm。在构成所制造的光纤母材的一部分的芯母材中，平均钾浓度为8原子ppm，峰值钾浓度为830原子ppm。所制造的光纤在1550nm波长下的传输损耗为0.154dB/km。

分别通过如上所述的根据本实施方案的光纤母材的制造方法(两次K添加法)、以及比较例的光纤母材的制造方法(一次K添加法)，将构成光纤母材的一部分的芯母材中的平均钾浓度设定为各种值，从而制造多个光纤母材的试样。图4至图6示出了在所制造的多个试样的各个芯母材中的峰值钾浓度、以及在1550nm波长下的光纤的传输损耗的测定结果。

图4为关于通过两次K添加法(本实施方案)而制造的光纤母材的多个试样、以及通过一次K添加法(比较例)而制造的光纤母材的多个试样，分别总结了芯母材(构成光纤母材的一部分)中的平均钾浓度、该芯母材中的峰值钾浓度、以及在1550nm波长下的光纤的传输损耗的表。在该表中，“*”标记表示芯母材中的玻璃的晶化经常发生，从而难以获得纤维。

图5为关于通过两次K添加法(本实施方案)而制造的光纤母材的多个试样、以及通过一次K添加法(比较例)而制造的光纤母材的多个试样，分别示出芯母材中的峰值钾浓度与在1550nm波长下的光纤的传输损耗的关系的图表。图6为关于通过两次K添加法(本实施方案)而制造的光纤母材的多个试样、以及通过一次K添加法(比较例)而制造的光纤母材的多个试样，分别示出芯母材中的平均钾浓度与芯母材中的峰值钾浓度的关系的图表。需要说明的是，分别在图5和图6中，“●”标记表示通过本实施方案的两次K添加法而制造的光纤母材的例子，“◇”标记表示通过比较例的一次K添加法而制造的光纤母材的例子。

由该图4至图6可以看出，通过使芯母材的峰值钾浓度变大，可减少传输损耗。另外，由根据本实施方案的光纤母材的多个试样与根据比较例的光纤母材的多个试样的对比可以看出，即使是同一峰值钾浓度，通过由本实施方案的两次K添加法来制造光纤母材，可减少所拉制的光纤的传输损耗。

若芯母材中的峰值钾浓度超过5,000原子ppm，则变得易于在芯母材内生成结晶，拉制变得困难。根据本实施方案，与比较例相比，将在芯母材中的峰值钾浓度控制在5,000原子ppm以下的同时，可使整个芯母材中的平均钾浓度较大。

关于在本实施方案的两次K添加法中所使用的第1及第2玻璃管(均添加有碱金属元素)、以及在比较例的一次K添加法中所使用的第1玻璃管(添加有碱金属元素)，在氯浓度小于10原子ppm的情况下，使用这些玻璃管而制造的光纤的传输损耗变大。其原因被认为是因为：在将光纤母材纺丝的步骤中，玻璃缺陷经常发生。另一方面，在这些玻璃管中的氯浓度为600原子ppm以上的情况下，次品的产生频率增加。其原因被认为是因为：在制造光纤母材时，碱金属元素与氯元素相互反应，从而易于产生成为结晶原因的氯化物。由此，这些玻璃管中的氯浓度优选为10原子ppm以上600原子ppm以下，更优选为30原子ppm以上400原子ppm以下。需要说明的是，若为氯浓度的平均值在上述优选范围内的第1玻璃管、第2玻璃管，则可在本实施方案中使用。

如在根据本实施方案的光纤母材的制造方法(两次K添加法)中的第3塌缩步骤S12、以及在根据比较例的光纤母材的制造方法(一次K添加法)中的第2塌缩步骤S27那样，在添加有碱金属元素的第1芯部的外侧，优选付与由平均氯浓度为2,000原子ppm以上15，000原子ppm以下的石英玻璃构成的第3芯部。通过付与这样的第3芯部，被拉制的光纤的传输损耗可减少。其原因被认为是因为：氯修复在拉制过程中产生且在碱金属添加玻璃区域内生成的玻璃缺陷。然而，若氯浓度过高，则在付与添加有高浓度氯的玻璃区域之后的光纤母材的制造过程中，生成了成为结晶化的原因的氯化物。因此，第3芯部的氯浓度优选为15,000原子ppm以下，更优选为5,000原子ppm以上14,000原子ppm以下。

对于构成根据本实施方案的光纤母材的一部分的芯母材，其优选在氯浓度为10原子ppm以上600原子ppm以下的含有碱金属元素的第1芯部、以及氯浓度为2,000原子ppm以上15,000原子ppm以下且碱金属元素为10原子ppm以下的第3芯部之间，设置有氯浓度为10原子ppm以上600原子ppm以下且碱金属浓度为10原子ppm以下的第2芯部。第2芯部及第3芯部基本上不含碱金属元素。这是因为防止了以下情况，即，在芯母材的制造步骤之后进行的拉制步骤等的加热步骤中，添加到第1芯部的碱金属元素通过扩散到氯浓度高的第3芯部，从而形成成为结晶的核的氯化物。

因此，如图7的截面图所示，根据本实施方案的光纤母材1具有成为光纤的芯区域的芯母材10、以及成为光纤的包层区域的包层部20，该光纤母材1为由石英系玻璃构成的光纤母材，并且具有以下所述的特征。即，芯母材10从中心轴AX沿着半径方向r依次至少具有包含该中心轴AX的第1芯部(芯母材10的中心区域)11、外接第1芯部11的第2芯部(芯母材10的中间区域)12、以及外接第2芯部12的第3芯部(芯母材10的外周区域)13。在第1芯部11中，碱金属元素峰值浓度为500原子ppm以上5,000原子ppm以下，氯浓度为10原子ppm以上600原子ppm以下。在第2芯部12中，碱金属元素浓度为10原子ppm以下，氯浓度为10以上600原子ppm以下。在第3芯部13中，碱金属元素浓度为10原子ppm以下，氯浓度为2,000原子ppm以上。即，第1芯部11的折射率与第2芯部12的折射率几乎一致，第3芯部13的折射率比第1和第2芯部11、12的折射率都要高。另外，氟被添加到包层部20，其折射率被设定为比第1至第3芯部11至13的各折射率都要低。

需要说明的是，在图8中示出了图7所示的光纤母材1中所含的芯母材10中的碱金属元素的浓度分布的例子。具体而言，图8的浓度分布为沿着该芯母材10的半径方向r(在该芯母材10的截面中，从中心轴AX向着该芯母材10的外周面的方向)的K浓度的分布。在本实施方案中，如图1所示地，由于在第1添加步骤S2和第2添加步骤S7中实施了钾元素的添加(K添加)，因此第1芯部11中的浓度分布具有这样的形状，即，在与截面中心(第1芯的截面与中心轴AX的交点)分离距离a的中心轴AX附近、以及分离距离b的第1芯部11的外周部分这两个位置处为局部极大。

在根据本实施方案的光纤母材的制造方法中的第1塌缩步骤S5或第2塌缩步骤S10中，在将内表面添加有碱金属元素的玻璃管实心化或棒塌缩时，优选在氧气氛下进行。据推测这是因为，在氧较少的气氛中，以氧空位缺陷(oxygen deficient center:ODC,≡Si-Si≡)为代表的点缺陷大量地残留在玻璃中，成为光纤的传输损耗的增加的原因。因此，由于在添加有碱金属元素的玻璃部中特别易于产生玻璃缺陷，因而在碱金属浓度为100原子ppm的玻璃区域的一部分或全部中，包含于玻璃中的氧分子的浓度优选为30mol·ppb以上。另一方面，据推测，氧残留量过多时，也易于产生非桥氧空穴中心(non-bridging oxygen hole center:NBOHC,≡Si-O·)等的玻璃缺陷，因此，包含于玻璃中的氧分子的浓度优选为200mol·ppb以下。

符号说明

1…光纤母材，10…芯母材(第3芯棒)，11…第1芯部，12…第2芯部，13…第3芯部，20…包层部。