光纤母材以及光纤母材的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种可拉伸为低损耗光纤的光纤母材。该光纤母材(1)包括芯部(10)以及包围该芯部(10)的包层部(20)。芯部(10)包括第一芯部(11)以及包围该第一芯部(11)的第二芯部(12)。包层部(20)包括包围第二芯部(12)的第一包层部(21)以及包围第一包层部(21)的第二包层部(22)。第一芯部(11)含有碱金属。在碱金属原子浓度为100原子ppm以上的部分或全部区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度在30摩尔ppb至200摩尔ppb的范围内(包含端值)；并且在碱金属原子浓度为50原子ppm以下的区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为10摩尔ppb以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤母材以及光纤母材的制造方法
本专利技术涉及光纤母材以及光纤母材的制造方法。
技术介绍
专利文献JP2005-537210A(专利文献1)、US2006/0130530A(专利文献2)、JP2007-504080A、JP2008-536190A、JP2010-501894A、JP2009-541796A、JP2010-526749A、WO98/002389和US5146534B描述了这样的石英系光纤，其中芯被碱金属元素掺杂。据称在光纤母材的芯部被碱金属元素掺杂的情况下，拉伸光纤母材时可降低芯部的粘度，会发生石英玻璃的网状结构的松弛，由此可减少光纤的衰减。作为用碱金属元素掺杂石英玻璃的方法，专利文献1和专利文献2描述了一种扩散方法。该扩散方法在将原料蒸气导入石英玻璃管内的同时，通过利用外部热源加热管或者在管内产生等离子体，从而通过扩散用碱金属元素掺杂石英玻璃管的内表面，其中所述原料蒸气是通过加热作为原料的碱金属或碱金属盐而获得的。如上所述，在石英玻璃管的内表面附近被碱金属元素掺杂之后，通过加热减小所得石英玻璃管的直径。在使直径减小之后，为了除去诸如Ni和Fe之类的与碱金属元素同时添加的过渡金属元素，对石英玻璃管的内表面的部分厚度进行蚀刻。碱金属元素的扩散快于过渡金属元素。因此，即使在对玻璃表面的部分厚度进行蚀刻以除去过渡金属元素时，也可保留碱金属元素。在蚀刻之后，加热玻璃管并使其实心化，从而制得碱金属元素掺杂棒(光纤母材的芯部)。围绕芯部的外周施加作为包层部的玻璃，该包层部的折射率小于芯部的折射率，由此制得光纤母材。然后，通过已知方法拉伸所得光纤母材，从而可制造光纤。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供光纤母材以及能够制造这种光纤母材的方法，其中该光纤母材能够被拉伸为低衰减光纤。解决问题的手段提供了一种光纤母材。该光纤母材包括芯部和包层部，该芯部含有碱金属元素，在碱金属原子浓度为100原子ppm以上的部分或全部区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为30摩尔ppb以上200摩尔ppb以下；并且在碱金属原子浓度为50原子ppm以下的区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为10摩尔ppb以下。在根据本专利技术的光纤母材中，优选的是，碱金属原子浓度的最大值为500原子ppm以上，并且在碱金属原子浓度为500原子ppm以上的部分或全部区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为30摩尔ppb以上200摩尔ppb以下。优选地，芯部由无Ge玻璃形成，并且相对于纯石英玻璃的相对折射率差在-0.1％以上+1.0％以下的范围内。在根据本专利技术的光纤母材中，碱金属原子浓度优选为4,000原子ppm以下。芯部中的Cl浓度优选为500原子ppm以下。优选的是，芯部进一步包括围绕所述芯部的外周设置的、并且Cl浓度为10,000ppm以上的第二芯部。此外，整个芯部中的平均钾(K)浓度优选为5原子ppm至100原子ppm，最优选为10原子ppm至30原子ppm。作为本专利技术的另一方面，提供了一种制造根据本专利技术的光纤母材的方法。包括芯部和包层部的光纤母材的制造方法包括如下步骤：在将含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属原子的石英玻璃管内部的氧气分压维持在1kPa以上80kPa以下的同时，利用外部热源将该石英玻璃管加热至1,600℃以上的温度以引发实心化，从而形成实心的芯部；以及在所述芯部的周围施加包层部，其中该包层部的折射率小于芯部的折射率。优选地，在将石英玻璃管的内部压力维持在10kPa以上80kPa以下的同时引发实心化。同时，优选的是，在将气体供入所述石英玻璃管内的同时引发实心化，在所述气体中，惰性气体与氧气混合，并且惰性气体的流速为氧气的流速的0.25倍以上100倍以下。专利技术的有益效果可将本专利技术的光纤母材拉伸为低衰减光纤。此外，根据本专利技术的光纤母材制造方法能够制造这样的光纤母材。附图简要说明图1为根据本专利技术实施方案的光纤母材的截面图。图2为示出了根据本专利技术实施方案的光纤母材制造方法的流程图。图3为示出了图2中所示光纤母材制造方法中的实心化步骤的概念图。图4为示出了光纤母材的芯部的中心部分中氧分子浓度与光纤在1,550nm波长处的衰减之间的关系的图。图5为示出了距离光纤母材的中心4mm的位置处的氧分子浓度与光纤在1,550nm波长处的衰减之间的关系的图。图6为示出了实心化步骤中的氧气分压与实心化之后芯棒的中心部分中氧分子浓度之间的关系的图。具体实施方式下面将参照附图对本专利技术的实施方案进行详细说明。本专利技术人对利用扩散方法的光纤制造方法进行了研究并发现，在该方法中，通过该方法制得的光纤的衰减并非总会降低。随后，本专利技术人研究了妨碍光纤衰减降低的原因，并完成了本专利技术。图1为根据本专利技术实施方案的光纤母材1的截面图。光纤母材1由石英玻璃形成，并且具有芯部10以及包围芯部10的包层部20。芯部10的折射率高于包层部20的折射率。芯部10包括第一芯部11以及包围第一芯部11的第二芯部12。包层部20包括包围第二芯部12的第一包层部(光学包层部)21、以及包围第一包层部21的第二包层部(物理包层部)22。第一芯部11含有碱金属元素。该碱金属元素优选为钾元素。图2为示出了根据本专利技术实施方案的光纤母材制造方法的流程图。在根据本专利技术实施方案的光纤母材制造方法中，通过依次进行准备步骤(步骤S1)、添加步骤(步骤S2)、缩径步骤(步骤S3)、蚀刻步骤(步骤S4)、实心化步骤(步骤S5)、第一延伸磨削步骤(步骤S6)、第一插棒实心化(rod-in-collapsing)步骤(步骤S7)、第二延伸磨削步骤(步骤S8)、第二插棒实心化步骤(步骤S9)、和OVD步骤(步骤S10)，从而制造光纤母材1。在这方面，将在后面描述制造条件的例子。在准备步骤(步骤S1)中，准备将向其中扩散碱金属元素的石英玻璃管。该石英玻璃管含有100原子ppm的氯(Cl)以及6,000原子ppm的氟，并且其他掺杂剂和杂质的浓度为10摩尔ppm以下。该石英玻璃管的外径为35mm、内径为约20mm。在添加步骤(步骤S2)中，向石英玻璃管的内表面添加作为碱金属元素的钾。使用溴化钾(KBr)作为原料。通过利用外部热源将KBr加热至840℃的温度从而产生KBr蒸气。在利用由1SLM(换算为标准状态为1升/分钟)的氧气构成的载气将KBr蒸气引入石英玻璃管内的同时，以使该石英玻璃管的外表面温度达到2,150℃的方式，利用氢氧燃烧器从外部加热石英玻璃管。此时，该燃烧器以40mm/分钟的速率往复运动总共15次来进行加热，由此，使钾金属元素经扩散添加至石英玻璃管的内表面。在该碱金属掺杂管中，钾浓度的最大值为1,000原子ppm。在缩径步骤(步骤S3)中，将掺杂了钾的石英玻璃管的直径减小。此时，在使0.5SLM的氧气从石英玻璃管内通过的同时，以使石英玻璃管的外表面达到2,250℃的方式，利用外部热源加热石英玻璃管。使外部热源往复运动总共6次来进行加热，从而使掺杂了钾的玻璃管的直径减小，直至内径达到5mm。在蚀刻步骤(步骤S4)中，石英玻璃管的内表面被蚀刻。此时，在向石英玻璃管内部引入SF6(0.2SLM)和氯(0.5SLM)的混合气体的同时，用外部热源加热石英玻璃管，从而进行气相蚀刻。由此，能够除去含有高浓度杂质(这些杂质与碱金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤母材，包括芯部和包层部，其中，所述芯部含有碱金属元素，在碱金属原子浓度为100原子ppm以上的部分或全部区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为30摩尔ppb以上200摩尔ppb以下；并且在碱金属原子浓度为50原子ppm以下的区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为10摩尔ppb以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.04 JP 2013-0194531.一种光纤母材，包括芯部和包层部，其中，所述芯部含有碱金属元素，在碱金属原子浓度为100原子ppm以上的部分或全部区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为30摩尔ppb以上200摩尔ppb以下；并且在碱金属原子浓度为50原子ppm以下的区域内，玻璃中所含的氧分子的浓度为10摩尔ppb以下。2.根据权利要求1所述的光纤母材，其中所述芯部由无Ge玻璃制成，并且相对于纯石英玻璃的相对折射率差在-0.1％以上+1.0％以下的范围内。3.根据权利要求1所述的光纤母材，其中所述芯部中的所述碱金属原子浓度为4,000原子ppm以下。4.根据权利要求1所述的光纤母材，其中整个所述芯部中的平均K浓度为5原子ppm至100原子ppm。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光纤母材，...

【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