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CN114787674A - 光纤 - Google Patents

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CN114787674A
CN114787674A CN202080084599.5A CN202080084599A CN114787674A CN 114787674 A CN114787674 A CN 114787674A CN 202080084599 A CN202080084599 A CN 202080084599A CN 114787674 A CN114787674 A CN 114787674A
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CN
China
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cladding layer
optical fiber
core
cladding
silica glass
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Application number
CN202080084599.5A
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English (en)
Inventor
长谷川健美
川口雄挥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

本公开涉及具备具有低传输损耗并且能够以高生产性生产的结构的光纤。一实施方式所涉及的光纤具备芯部和包层。芯部由添加有溴的二氧化硅玻璃形成，包层具有比芯部的最大折射率低的折射率。另外，芯部具有压缩应力。

Description

光纤
技术领域
本公开涉及光纤。
本申请要求2019年12月13日提交的日本专利申请第2019-225471号的优先权，基于其内容并且参照其全文将其加入本说明书。
背景技术
对传输容量的需求不断增加，为了满足该需求，不断进行光纤线缆的铺设。此时，能够通过铺设传输损耗较低的光纤来实现信噪比的提高或光放大器的削减，特别是在远距离传输中有改善系统的成本效益的效果。因此，在远距离传输中使用传输损耗低的纯二氧化硅芯部光纤(PSCF：Pure Silica Core Fiber)来代替具有添加GeO2的芯部的标准单模光纤(SSMF：Standard Single Mode Fiber)的情况正在增加。
PSCF具有：芯部，由不包含GeO2的二氧化硅玻璃形成；以及包层，由通过添加氟(F)而使折射率下降的二氧化硅玻璃形成。向二氧化硅玻璃添加F是通过在SiF4或CF4等含氟气体的气氛中对二氧化硅玻璃的烟灰体(sootbody)进行加热、烧结来实现的，但该添加F的工艺与制造纯粹的二氧化硅玻璃的工艺相比，一般是生产性变低且成本变高。当F浓度越高时该趋势越显著。另外，在PSCF和SSMF中，包层的外径为125μm，而芯部的外径仅为约10μm。因此，占据体积的99％以上的包层的生产性低会较大地影响光纤整体的生产性。其结果是，PSCF比SSMF的价格高，且当前在整个工业中的生产量也仅为SSMF的1/100左右。
另一方面，SSMF具有：包层，由纯二氧化硅玻璃或者包含极少量F的二氧化硅玻璃形成；以及芯部，由通过添加GeO2而使折射率上升的二氧化硅玻璃形成。由于包层的生产性高，因此与PSCF相比生产性高，但由于在芯部中添加GeO2所以传输损耗增大。当用波长1550nm中的传输损耗进行比较时，PSCF为0.15dB/km以上且0.17dB/km以下，而SSMF高至0.18dB/km以上且0.20dB/km以下。
鉴于此，作为兼顾低传输损耗和高生产性的纤维结构之一，下面的专利文献1中提出了通过在芯部中添加高浓度的氯(Cl)来代替GeO2从而提高了折射率的光纤及其制造方法。但是，为了添加足以对光进行引导的浓度的Cl，需要在包含大气压数倍的SiCl4气体的气氛下烧结二氧化硅玻璃的烟灰体。而且，在烧结后的后工序中，由于SiCl4气化而在玻璃内产生气泡的可能性变高。
作为兼顾低传输损耗和高生产性的纤维结构中的另一个，下面的专利文献2中提出了通过在芯部中添加溴(Br)来代替GeO2从而提高了折射率的光纤及其制造方法。通过在包含与大气压大致相等的SiBr4的气氛下将二氧化硅玻璃的烟灰体烧结，能够添加足以对光进行引导的浓度的Br，SiBr4与SiCl4相比具有分子量大且不易气化的特征。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利公开2019/0119143号公报
专利文献2：美国专利公开2017-0176673号公报
发明内容
本公开的实施方式所涉及的光纤具备：芯部，沿着中心轴线延伸；以及包层，包围该芯部。芯部由添加有溴的二氧化硅玻璃形成。包层由具有比芯部的最大折射率低的折射率的二氧化硅玻璃形成。另外，芯部的残留应力是压缩应力。
附图说明
图1是示出用于制造本公开的各实施方式所涉及的光纤的制造装置的概要结构的图。
图2是示出本公开的第一实施方式到第三实施方式所涉及的光纤(类型A到类型C)各自的截面结构的图。
图3是关于本公开的第一实施方式所涉及的光纤(类型A)，沿着与该光纤的中心轴线正交的共用直线示出的折射率曲线、粘度分布以及应力分布。
图4是图3所示的折射率曲线和粘度分布中的区域R1的放大图。
图5是关于本公开的第二实施方式所涉及的光纤(类型B)，沿着与该光纤的中心轴线正交的共用直线示出的折射率曲线、粘度分布以及应力分布。
图6是关于本公开的第三实施方式所涉及的光纤(类型C)，沿着与该光纤的中心轴线正交的共用直线示出的折射率曲线、粘度分布以及应力分布。
图7是示出本公开的第四实施方式(类型D)所涉及的光纤的截面结构的图。
图8是关于本公开的第四实施方式(类型D)所涉及的光纤，沿着与该光纤的中心轴线正交的共用直线示出的折射率曲线、粘度分布以及应力分布。
具体实施方式
[发明要解决的技术问题]
发明人们关于上述的现有技术进行了研究，结果发现了下面这样的技术问题。即，在芯部中添加有Br的纤维的传输损耗易于变高，在上述专利文献2中也报告了比GeO2还要更高的传输损耗。因而，通过在芯部中添加有Br的纤维来降低传输损耗是现有技术中的技术问题。
本公开是为了解决上述这样的技术问题而提出的，目的在于提供具备具有低传输损耗并且能够以高生产性生产的结构的光纤。
[发明效果]
根据本公开，通过提供具备添加Br并且具有压缩应力的芯部的光纤，能够实现传输损耗的降低和高生产性。
[本申请发明的实施方式的说明]
以下，分别独立地列举本公开的实施方式的内容进行说明。
首先，说明在本公开的实施方式中共用的词汇，而且分别独立地列举本公开的实施方式的内容进行说明。
(词汇的定义)
在本说明书中，以纯二氧化硅玻璃(折射率n0)为基准的某介质(折射率n)的相对折射率之差Δ通过
Δ＝(n/n0)-1
来提供。
另外，只要没有特别提及，“光纤”就假定为是具有1个中心轴线、绕该中心轴线大致旋转对称、并且沿着该中心轴线平移对称的结构。关于芯部、包层、包覆等光纤的构成要素，也是只要没有特别提及，就假定为是绕中心轴线大致旋转对称且沿着该中心轴线平移对称的结构。在能够应用这些假定的情况下，光纤的构成要素的物性值是在与中心轴线正交的任意截面中被定义的。当对物性值的平均值、最大值、百分比值等统计值进行定义时，上述的截面中的物性值可以用针对以规定的空间分辨率在空间上以一致的频度进行测定而得到的测定值的集合的统计值来替代。而且，只要没有特别提及，上述的空间分辨率就假定光纤的动作波长的近似值亦即半径为1μm的圆。
在包围中心轴线附近的内侧区域的芯部的外侧区域中，该芯部的折射率曲线具有如下形状：沿着半径方向与中心轴线分开距离r0的量的部位处的相对折射率之差Δ0、与中心轴线分开比距离r0长的距离r1的量的部位处的相对折射率之差Δ1、以及与中心轴线分开距离r0以上且距离r1以下的距离r的量的部位处的相对折射率之差Δr满足用下面的式(1)：
Δr＝Δ0+(Δ1-Δ0)×((r-r0)/(r1-r0))α…(1)
近似的关系。形状是通过变更指数α的值(作为一例α＝2.0)来调节的。包括中心轴线的该中心轴线附近的内侧区域由于在光纤的制造工序中难以进行正确的折射率曲线的控制，因此在包围该内侧区域的芯部的外侧区域进行正确的折射率曲线的控制。
(1)作为本公开的实施方式所涉及的光纤的一个方案，具备：芯部，沿着中心轴线延伸；以及包层，包围该芯部。芯部由添加有溴的二氧化硅玻璃形成。包层由具有比芯部的最大折射率低的折射率的二氧化硅玻璃形成。另外，芯部的残留应力是压缩应力。通过这种构成，能够兼顾低传输损耗和高生产性。
(2)作为本公开的一个方案也可以是，包层具有多层结构。作为一例，包层由第一包层以及第二包层构成，第一包层在与芯部的外周面接触的状态下包围该芯部；第二包层在与该第一包层的外周面接触的状态下包围该第一包层。需要说明的是，第一包层由添加有氟的二氧化硅玻璃形成。第二包层由纯二氧化硅玻璃或者添加有比第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成。另外，第二包层具有拉伸应力。这种构成能够实现较低的传输损耗，并且能够兼顾该低传输损耗和高生产性。特别是，第二包层优选为卤素元素的浓度被抑制为不到0.1wt％的纯粹的二氧化硅玻璃。由此，得以实现第二包层相对于芯部的大的粘性差，在第二包层形成拉伸应力，在芯部形成压缩应力。
(3)作为本公开的一个方案也可以是，包层的多层结构由第一包层、第二包层以及第三包层构成，第一包层在与芯部的外周面接触的状态下包围该芯部；第二包层在与该第一包层的外周面接触的状态下包围该第一包层；第三包层在与该第二包层的外周面接触的状态下包围该第二包层。需要说明的是，第一包层由添加有氟的二氧化硅玻璃形成。第二包层由纯二氧化硅玻璃或者添加有比第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成。根据该构成，第二包层的残留应力是拉伸应力。第三包层由纯二氧化硅玻璃或者添加有比第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成。根据该构成，第三包层残留应力是压缩应力。通过这种构成，也能够实现较低的传输损耗，并且能够兼顾该低传输损耗和高生产性。
(4)作为本公开的一个方案，优选芯部还含有氯，并且该光纤具有粘度调整区域。粘度调整区域是在与中心轴线正交的该光纤的截面上定义的区域，由跨越芯部与包层(在包层具有多层结构的情况下为第一包层)的边界部相邻的芯部的一部分和包层的一部分构成。具体而言，粘度调整区域具有在与中心轴线分开的状态下包围该中心轴线的形状，该粘度调整区域的形状(截面上定义的平面形状)具有在分开距离(相当于沿着半径方向定义的粘度调整区域的宽度)2μm以上的状态下以夹着芯部与包层的边界部的方式配置的内周部和外周部。在具有这种形状的粘度调整区域中，该光纤的粘度分布(沿着半径方向定义的分布)具有沿着半径方向连续地变化的粘度分布。需要说明的是，半径方向在该光纤的截面上与从中心轴线去往该光纤的外周的方向一致。
以上，在该[本公开的实施方式的说明]的栏中列举的各方案能够针对剩余的全部方案的各个方案、或者这些剩余的方案的全部组合进行应用。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式所涉及的光纤的具体结构。需要说明的是，本发明不限于这些例示，旨在包含由权利要求书示出、与权利要求书等同的含义和范围内的全部变更。另外，在附图的说明中对同一要素标注同一附图标记，省略重复的说明。
(光纤制造装置)
图1是示出用于制造本公开的各实施方式所涉及的光纤的制造装置的概要结构的图。图1所示的光纤制造装置1具备：拉丝炉23，对光纤母材(preform)10的一端进行加热；加热炉24，进行温度控制；冷却装置25，将在He气氛中拉丝出的裸纤维冷却；铸模26，用于在冷却后的裸纤维的外周面上涂敷包覆用树脂；紫外线光源27，输出用于使该树脂固化的紫外线；辊28；绞盘29；以及卷绕机30。需要说明的是，由铸模26和紫外线光源27构成树脂包覆装置21，通过该树脂包覆装置21在裸纤维的外周面上设置一次包覆。在树脂包覆装置21的下游配置具有与位于上游侧的树脂包覆装置21同样的结构的树脂包覆装置22(包括铸模和紫外线光源)，在通过上游侧的树脂包覆装置21设置的一次包覆的外周面上设置二次包覆。
具体而言，准备好的光纤母材10的一端被拉丝炉23加热，裸纤维从该加热后的端部被拉丝。从拉丝炉23拉出的裸纤维在进行温度控制的加热炉24之中温度逐渐下降。在此期间在裸纤维内产生玻璃的结构弛豫，通过该结构弛豫，得以消除现有技术所产生的传输损耗的增加。从加热炉24拉出的裸纤维在冷却装置25的He气氛中被冷却后经过铸模26。当经过该铸模26时，在裸纤维的外周面上涂敷包覆树脂(一次包覆)。涂敷后的包覆树脂通过被紫外线光源27照射紫外线而固化。而且，在通过树脂包覆装置21设置的一次包覆上，通过树脂包覆装置22设置二次包覆，从而得到光纤100。
辊28具有相对于通过在树脂包覆装置21和树脂包覆装置22内经过而得到的光纤100的运行方向倾斜的旋转面。由此，对光纤100施加扭转，能够降低偏振模色散。绞盘29位于辊28的下游，并对光纤100施加规定的张力。由此，在拉丝后的光纤100中的芯部和包层内残留压缩应力和拉伸应力。经过了绞盘29的光纤100被向图中的用箭头S所示的方向旋转的卷绕机30卷绕。
需要说明的是，在图1的例子中，提供一次包覆的树脂包覆装置21和提供二次包覆的树脂包覆装置22沿着纤维行进方向依次配置，但二次包覆也可以是在设置有一次包覆的光纤被卷绕机30卷绕后设置的。在这种情况下，不需要树脂包覆装置22。即，在将设置有一次包覆的光纤从该卷绕机30替换卷绕于别的卷绕装置时在该被替换卷绕的光纤设置二次包覆。
另外，通过具有上述这样的结构的光纤制造装置1得到的光纤100的截面结构存在与光纤母材10的截面结构相似的关系。因此，通过将截面结构不同的光纤母材10放置于该光纤制造装置1而得到下面说明的第一实施方式所涉及的光纤100a、第二实施方式所涉及的光纤100b、第三实施方式所涉及的光纤100c等具有各种截面结构的光纤。
(第一实施方式)
图2的上段所示的类型A的光纤是本公开的第一实施方式所涉及的光纤100a。另外，沿着与该光纤100a的中心轴线AX正交的共用直线示出的折射率曲线150a、粘度分布151a以及应力分布152a在图3中示出。需要说明的是，图4是图3所示的折射率曲线150a和粘度分布151a中的区域R1的放大图。
如图2的上段所示，第一实施方式所涉及的类型A的光纤100a具备：芯部110，沿着该光纤100a的中心轴线AX延伸；包层120，包围该芯部110；一次包覆210，包围该包层；以及二次包覆220，包围该一次包覆210。
芯部110由含有溴(Br)的二氧化硅玻璃(SiO2)形成。在该芯部110中，Br浓度为0.8wt％以上且2.6wt％以下，优选为1.6wt％以上且2.6wt％以下。另外，芯部110的最大相对折射率之差为0.1％以上且0.3％以下，优选为0.2％以上且0.3％以下。包层120由纯二氧化硅玻璃或者包含3000ppm以下的微量的氟(F)的二氧化硅玻璃形成。更优选由氯、氟以及其它卤素元素的总计浓度被抑制为0.1wt％以下的二氧化硅玻璃形成。在图3中示出该第一实施方式所涉及的光纤100a的简化后的折射率曲线150a。在此，芯部110的外侧区域中的曲线形状通过上述式(1)提供，但在折射率曲线150a中，芯部110的曲线形状示出了概要形状。
在该第一实施方式中，芯部110的直径是6μm以上且10μm以下。通过该构成，第一实施方式所涉及的光纤100a在二氧化硅玻璃的最低损耗波段亦即1550nm波段中具有1个以上的波导模(将2个偏振模的组定义为1个波导模)。另外，波长1550nm中的基模的有效截面积优选为60μm2以上且120μm2以下。包层120的外径优选为125±1μm。包括一次包覆210和二次包覆220的整个包覆的外径(实质上为二次包覆220的外径)是245±5μm，更优选为200±5μm。
接下来，由于上述的添加物的浓度差，芯部110的粘度的中间值变得比包层120的粘度的最大值低。更优选，芯部110的粘度的中间值比包层120中的粘度的75％百分比值低。进一步优选比包层120的粘度的中间值低。由于这种各部分的粘度差，光纤100a制造时、特别是母材拉丝时的张力由包层120支承，结果是，在拉丝后的光纤100a的包层120残留拉伸应力，另一方面，在芯部110残留压缩应力。在图3中，除了折射率曲线150a之外，还示出该第一实施方式所涉及的光纤100a的简化后的粘度分布151a和简化后的应力分布152a。需要说明的是，图3所示的折射率曲线150a、粘度分布151a以及应力分布152a各自的横轴在与该光纤100a的中心轴线AX正交的截面上的位置(经过中心轴线AX的直线上的位置)被示为一致。
压缩应力本身不仅取决于各部分的粘度差，还取决于母材拉丝时的张力等拉丝条件。其中，为了抑制传输损耗的增加，该芯部110的压缩应力的绝对值(芯部110内残留的应力的平均值的绝对值)优选为15MPa以上，更优选为30MPa以上。进一步优选，芯部110的压缩应力的绝对值是该芯部110内残留的应力的75％百分比值的绝对值，优选为30MPa以上。当在玻璃中拉伸应力残留时，容易发生由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。但是，在如上述这样芯部110的残留应力是平均值的绝对值或75％百分比值的绝对值足够大的压缩应力的情况下，得以有效地抑制由局部的拉伸应力导致的传输损耗的增加。需要说明的是，残留应力用正符号的值表示拉伸应力，用负符号的值表示压缩应力，百分比值设为用将带符号的值从小到大排列时的比例来定义的值。
另外，在该第一实施方式所涉及的光纤100a中，优选虽然在芯部110和包层120之间粘度不同，但其空间上的变化是连续并且平缓的。在芯部110和包层120之间粘度差急剧时，由于拉丝中的温度或张力的意料外的变动而在芯部110与包层120的边界部产生结构或残留应力的大的变动。这可能成为传输损耗增加的原因。由此，在芯部110与包层120的边界部，由于粘度的空间上的变化平缓，所以得以抑制传输损耗的增加。更优选如图4所示，在包括芯部110与包层120的边界部(折射率梯度的绝对值为最大的点P0)的宽度为2μm以上、更优选为3μm以上的粘度调整区域AD中，优选粘度连续地变化。粘度调整区域AD在与中心轴线AX正交的光纤100a的截面上定义的情况下是具有内周部和外周部的圆环区域，上述内周部和外周部在距离2μm以上、优选分开3μm以上的状态下以夹着芯部110与包层120的边界部的方式配置。因而，内周部与外周部的距离相当于沿着半径方向定义的粘度调整区域AD的宽度。
需要说明的是，为了如图4所示这样进行控制使得芯部110与包层120的边界部附近的粘度变化变得平缓，优选将Cl与Br一起添加到芯部110。需要说明的是，希望该第一实施方式所涉及的光纤100a的芯部110和包层120中添加的添加物(除了Br之外，根据需要为F、Cl等)中的至少一种以上是通过图1所示的光纤母材10的制造工序中的、例如烟灰附加工序(soot deposition：烟灰沉积)添加的。
除了上述的压缩应力和粘度分布的平缓的形状变化之外，芯部110中的Cl浓度的平均值优选为100ppm以上。通过含有Cl，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。更优选，芯部110中的Cl浓度的平均值是200ppm以上。而且，芯部110中的Cl浓度的75％百分比值优选为200ppm以上。在这种情况下，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。
(第二实施方式)
图2的中段所示的类型B的光纤是本公开的第二实施方式所涉及的光纤100b。另外，沿着与该光纤100b的中心轴线AX正交的共用直线示出的折射率曲线150b、粘度分布151b以及应力分布152b在图5中示出。需要说明的是，图5所示的粘度分布151b中的区域R2的分布形状实质上类似于图4所示的分布形状。
如图2的中段所示，第二实施方式所涉及的类型B的光纤100b具备：芯部110，沿着该光纤100b的中心轴线AX延伸；第一包层120a，包围该芯部110；第二包层120b，包围该第一包层120a；一次包覆210，包围该第二包层120b；以及二次包覆220，包围该一次包覆210。另外，由第一包层120a和第二包层120b构成包层120。
芯部110与第一实施方式所涉及的光纤100a同样地由含有溴(Br)的二氧化硅玻璃(SiO2)形成。在该芯部110中，Br浓度为0.8wt％以上且2.6wt％以下，优选为1.6wt％以上且2.6wt％以下。另外，芯部110的最大相对折射率之差为0.1％以上且0.3％以下，优选为0.2％以上且0.3％以下。第一包层120a由包含1000ppm以上且3000ppm以下的微量的氟(F)的二氧化硅玻璃形成。第二包层120b由纯二氧化硅玻璃或者包含比第一包层120a的F浓度低的浓度的F的二氧化硅玻璃形成。在图5中，示出该第二实施方式所涉及的光纤100b的简化后的折射率曲线150b。在此，芯部110的外侧区域中的曲线形状通过上述式(1)提供，但在折射率曲线150b中，芯部110的曲线形状示出了概要形状。
在该第二实施方式中，芯部110的直径是6μm以上且12μm以下。通过该构成，第二实施方式所涉及的光纤100b在二氧化硅玻璃的最低损耗波段亦即1550nm波段中具有1个以上的波导模(将2个偏振模的组定义为1个波导模)。另外，波长1550nm中的基模的有效截面积优选为60μm2以上且160μm2以下。包括第一包层120a和第二包层120b的包层120的外径(实质上为第二包层120b的外径)为125±1μm，包括一次包覆210和二次包覆220的整个包覆的外径(实施上为二次包覆220的外径)是245±5μm，更优选为200±5μm。
接下来，由于上述的添加物的浓度差，芯部110和第一包层120a各自的粘度的中间值变得比第二包层120b的粘度的最大值低。更优选，芯部110和第一包层120a各自的粘度的中间值比第二包层120b的粘度的75％百分比值低。进一步优选，芯部110和第一包层120a各自的粘度的中间值比第二包层120b中的粘度的中间值低。由于这种各部分的粘度差，光纤100b制造时、特别是母材拉丝时施加的张力由第二包层120b支承，结果是，在拉丝后的光纤100b的第二包层120b残留拉伸应力，另一方面，在芯部110和第一包层120a残留压缩应力。在图5中，除了折射率曲线150b之外，还示出该第二实施方式所涉及的光纤100b的简化后的粘度分布151b和简化后的应力分布152b。需要说明的是，图5所示的折射率曲线150b、粘度分布151b以及应力分布152b各自的横轴在与该光纤100b的中心轴线AX正交的截面上的位置(经过中心轴线AX的直线上的位置)被示为一致。
压缩应力本身不仅取决于各部分的粘度差，还取决于母材拉丝时的张力等拉丝条件。其中，为了抑制传输损耗的增加，该芯部110的压缩应力的绝对值(芯部110内残留的应力的平均值的绝对值)优选为15MPa以上，更优选为30MPa以上。进一步优选，芯部110的压缩应力的绝对值是芯部110和第一包层120a各者中残留的应力的75％百分比值的绝对值，优选为30MPa以上。当在玻璃中拉伸应力残留时，容易发生由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。但是，如上所述，在芯部110和第一包层120a的残留应力是平均值的绝对值或者75％百分比值的绝对值足够大的压缩应力的情况下，得以有效地抑制由局部的拉伸应力导致的传输损耗的增加。
在该第二实施方式所涉及的光纤100b中，也与上述的第一实施方式所涉及的光纤100a同样地，优选虽然在芯部110和第一包层120a之间粘度不同，但其空间上的变化是连续并且平缓的。当在芯部110和第一包层120a之间粘度差急剧时，由于拉丝中的温度或张力的意料外的变动而在芯部110与第一包层120a的边界部产生结构或残留应力的大的变动。这可能成为传输损耗增加的原因。由此，在芯部110与第一包层120a的边界部，由于粘度的空间上的变化平缓，得以抑制传输损耗的增加。需要说明的是，粘度分布151b的区域R2的分布形状实质上类似于图4所示的形状。即，在该第二实施方式所涉及的光纤100b中也是，在包括芯部110与第一包层120a的边界部(折射率梯度的绝对值为最大的点P0)的宽度为2μm以上、更优选为3μm以上的粘度调整区域AD(圆环区域)中，优选粘度连续地变化。
为了与上述的第一实施方式同样地进行控制使得芯部110与第一包层120a的边界部附近的粘度变化变得平缓，优选将Cl与Br一起添加到芯部110。需要说明的是，希望该第二实施方式所涉及的光纤100b的芯部110和第一包层120a中添加的添加物(除了Br之外，根据需要为F、Cl等)中的至少一种以上是通过图1所示的光纤母材10的制造工序中的、例如烟灰附加工序(soot deposition)添加的。
除了上述的压缩应力和粘度分布的平缓的形状变化之外，芯部110中的Cl浓度的平均值优选为100ppm以上。通过含有Cl，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。更优选，芯部110中的Cl浓度的平均值是200ppm以上。而且，芯部110中的Cl浓度的75％百分比值优选为200ppm以上。在这种情况下，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。
如上面这样，第二实施方式所涉及的光纤100b与上述的第一实施方式所涉及的光纤100a相比支承拉丝张力的第二包层120b与芯部110分开。通过这种结构，第二实施方式所涉及的光纤100b的芯部110与第一包层120a的组成的选择自由度大。特别是，通过添加F将第一包层120a的相对折射率之差降低，从而能够在芯部110与该第一包层120a之间形成折射率差，因此能够将芯部110中添加的Br或Cl的必要浓度抑制得低。这会抑制由Br或Cl的高浓度添加造成的芯部110内的发泡所致的成品率降低。
(第三实施方式)
图2的下段所示的类型C的光纤是本公开的第三实施方式所涉及的光纤100c。另外，沿着与该光纤100c的中心轴线AX正交的共用直线示出的折射率曲线150c、粘度分布151c以及应力分布152c在图6中示出。需要说明的是，图6所示的粘度分布151c中的区域R3的分布形状实质上类似于图3所示的分布形状。
如图2的下段所示，第三实施方式所涉及的类型C的光纤100c具备：芯部110，沿着该光纤100c的中心轴线AX延伸；第一包层120a，包围该芯部110；第二包层120b，包围该第一包层120a；第三包层120c，包围该第二包层120b；一次包覆210，包围该第三包层120c；以及二次包覆220，包围该一次包覆210。由第一包层120a、第二包层120b以及第三包层120c构成包层120。
芯部110与第一实施方式所涉及的光纤100a、第二实施方式所涉及的光纤100b同样地由含有溴(Br)的二氧化硅玻璃(SiO2)形成。在该芯部110中，Br浓度为0.8wt％以上且2.6wt％以下，优选为1.6wt％以上且2.6wt％以下。另外，芯部110的最大相对折射率之差为0.1％以上且0.3％以下，优选为0.2％以上且0.3％以下。第一包层120a由包含1000ppm以上且3000ppm以下的微量的氟(F)的二氧化硅玻璃形成。第二包层120b由纯二氧化硅玻璃或者包含比第一包层120a的F浓度低的浓度的F的二氧化硅玻璃形成。第三包层120c包含F或OH基，具有比第二包层120b的粘度低的粘度。图6中示出该第三实施方式所涉及的光纤100c的简化后的折射率曲线150c。在此，芯部110的外侧区域中的曲线形状通过上述式(1)提供，但在折射率曲线150c中，芯部110的曲线形状示出了概要形状。
在该第三实施方式中，芯部110的直径是6μm以上且12μm以下。通过该构成，第三实施方式所涉及的光纤100c在二氧化硅玻璃的最低损耗波段亦即1550nm波段中具有1个以上的波导模(将2个偏振模的组定义为1个波导模)。波长1550nm中的基模的有效截面积优选为60μm2以上且160μm2以下。包括第一包层120a、第二包层120b以及第三包层120c的包层120的外径(实质上为第三包层120c的外径)是125±1μm。包括一次包覆210和二次包覆220的整个包覆的外径(实质上为二次包覆220的外径)为245±5μm，更优选为200±5μm。
接下来，由于上述的添加物的浓度差，芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各自的粘度的中间值变得比第二包层120b的粘度的最大值低。更优选，芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各自的粘度的中间值比第二包层120b的粘度的75％百分比值低。进一步优选，芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各自的粘度的中间值比第二包层120b的粘度的中间值低。由于这种各部分的粘度差，光纤100c制造时、特别是母材拉丝时施加的张力由第二包层120b支承，结果是，在拉丝后的光纤100c的第二包层120b残留拉伸应力，另一方面，在芯部110、第一包层120a以及第三包层120c分别残留压缩应力。在图6中，除了折射率曲线150c之外，还示出了该第三实施方式所涉及的光纤100c的简化后的粘度分布151c和简化后的应力分布152c。需要说明的是，图6所示的折射率曲线150c、粘度分布151c以及应力分布152c各自的横轴在与该光纤100c的中心轴线AX正交的截面上的位置(经过中心轴线AX的直线上的位置)被示为一致。
压缩应力本身不仅取决于各部分的粘度差，还取决于母材拉丝时的张力等拉丝条件。其中，为了抑制传输损耗的增加，芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各者中的压缩应力的绝对值(各部分内的残留应力的平均值的绝对值)优选为15MPa以上，更优选为30MPa以上。进一步优选，芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各者中的压缩应力的绝对值是各部分中残留的应力的75％百分比值的绝对值且优选为30MPa以上。当在玻璃中拉伸张力残留时，容易发生由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。但是，如上所述，由于在芯部110、第一包层120a以及第三包层120c各者中残留的残留应力的平均值或者75％百分比值是足够大的压缩应力，所以得以抑制由局部的拉伸张力导致的传输损耗的增加。
需要说明的是，在该第三实施方式所涉及的光纤100c中，也与上述的第一实施方式所涉及的光纤100a和第二实施方式所涉及的光纤100b同样地，优选虽然在芯部110和第一包层120a之间粘度不同，但其空间上的变化是连续并且平缓的。当在芯部110和第一包层120a之间粘度差急剧时，由于拉丝中的温度或张力的意料外的变动而在芯部110与第一包层120a的边界部产生结构或残留应力的大的变动。这可能成为传输损耗增加的原因。由此，在芯部110与第一包层120a的边界部，由于粘度的空间上的变化平缓，得以抑制传输损耗的增加。需要说明的是，粘度分布151c的区域R3的分布形状实质上类似于图4所示的形状。即，在该第三实施方式所涉及的光纤100c中也是，在包括芯部110与第一包层120a的边界部(折射率梯度为最大的点P0)的宽度为2μm以上、更优选为3μm以上的粘度调整区域AD(圆环区域)中，优选粘度连续地变化。
为了与上述的第一实施方式和第二实施方式同样地进行控制使得芯部110与第一包层120a的边界部附近的粘度变化变得平缓，优选将Cl与Br一起添加到芯部110。需要说明的是，希望该第三实施方式所涉及的光纤100c的芯部110和第一包层120a中添加的添加物(除了Br之外，根据需要为F、Cl等)中的至少一种以上是通过图1所示的光纤母材10的制造工序中的、例如烟灰附加工序(soot deposition)添加的。
除了上述的压缩应力和粘度分布的平缓的形状变化之外，芯部110中的Cl浓度的平均值优选为100ppm以上。通过含有Cl，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。更优选，芯部110中的Cl浓度的平均值是200ppm以上。而且，芯部110中的Cl浓度的75％百分比值优选为200ppm以上。在这种情况下，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。
如上所示，在第三实施方式所涉及的光纤100c中，在包层120的多层结构中的最外周的第三包层120c残留压缩应力。由此，即使包层120的外表面被施加机械损伤，该损伤的进展速度也被抑制得低。其结果是，该光纤100c得到高疲劳系数，得以改善长期的可靠性。优选动态疲劳系数为20以上。
(第四实施方式)
图7所示的类型D的光纤是本公开的第四实施方式所涉及的光纤100d。另外，沿着与该光纤100d的中心轴线AX正交的共用直线示出的折射率曲线150d、粘度分布151d以及应力分布152d在图8中示出。需要说明的是，图8所示的粘度分布151d中的区域R4的分布形状实质上类似于图3所示的分布形状。
如图7所示，第四实施方式所涉及的类型D的光纤100d具备：芯部110d，沿着该光纤100d的中心轴线AX延伸；第一包层120a，包围该芯部110d；第二包层120b，包围该第一包层120a；一次包覆210，包围该第二包层120b；以及二次包覆220，包围该一次包覆210。由第一包层120a和第二包层120b构成包层120。
芯部110d由沿着中心轴线AX延伸的第一芯部111d和包围该第一芯部111d并沿着中心轴线AX延伸的第二芯部112d形成。第一芯部111d由添加有碱性元素的二氧化硅玻璃形成。碱性元素是钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或铯(Cs)中的一种以上。第一芯部111d中的该碱性元素的原子数浓度相对于二氧化硅玻璃的硅(Si)原子数为1ppm以上且100ppm以下，由此能够在抑制由添加造成的传输损耗增加的同时有效地降低第一芯部111d的粘度。在第一芯部111d中，除了该碱性元素之外，还可以共同添加氯(Cl)和氟(F)，由此，能够进一步有效地降低粘度。第二芯部112d与第一实施方式所涉及的光纤100a或第二实施方式所涉及的光纤100b同样地由含有溴(Br)的二氧化硅玻璃(SiO2)形成。在该第二芯部112d中，Br浓度为0.8wt％以上且2.6wt％以下，优选为1.6wt％以上且2.6wt％以下。另外，芯部110d的最大相对折射率之差为0.1％以上且0.3％以下，优选为0.2％以上且0.3％以下。第一包层120a由包含1000ppm以上且3000ppm以下的微量的氟(F)的二氧化硅玻璃形成。第二包层120b由纯二氧化硅玻璃或者包含比第一包层120a的F浓度低的浓度的F的二氧化硅玻璃形成。在图8中，示出了该第四实施方式所涉及的光纤100d的简化后的折射率曲线150d。在此，芯部110d的外侧区域中的曲线形状通过上述式(1)提供，但在折射率曲线150d中，芯部110d的曲线形状示出了概要形状。
在该第四实施方式中，芯部110d的直径是6μm以上且12μm以下。通过该构成，第四实施方式所涉及的光纤100d在二氧化硅玻璃的最低损耗波段亦即1550nm波段中具有1个以上的波导模(将2个偏振模的组定义为1个波导模)。波长1550nm中的基模的有效截面积优选为60μm2以上且160μm2以下。包含第一包层120a和第二包层120b的包层120的外径是125±1μm。包括一次包覆210和二次包覆220的整个包覆的外径(实质上为二次包覆220的外径)为245±5μm，优选为200±5μm。
接下来，由于上述的添加物的浓度差，第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各自的粘度的中间值变得比第二包层120b的粘度的最大值低。更优选，第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各自的粘度的中间值比第二包层120b的粘度的75％百分比值低。进一步优选，第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各自的粘度的中间值比第二包层120b的粘度的中间值低。由于这种各部分的粘度差，光纤100d制造时、特别是母材拉丝时施加的张力由第二包层120b支承，结果是，在拉丝后的光纤100d的第二包层120b残留拉伸应力，另一方面，在第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a分别残留压缩应力。在图8中，除了折射率曲线150d之外，还示出该第四实施方式所涉及的光纤100d的简化后的粘度分布151d和简化后的应力分布152d。需要说明的是，图8所示的折射率曲线150d、粘度分布151d以及应力分布152d各自的横轴在与该光纤100d的中心轴线AX正交的截面上的位置(经过中心轴线AX的直线上的位置)被示为一致。
压缩应力本身不仅取决于各部分的粘度差，还取决于母材拉丝时的张力等拉丝条件。其中，为了抑制传输损耗的增加，第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各者中的压缩应力的绝对值(各部分内的残留应力的平均值的绝对值)优选为15MPa以上，更优选为30MPa以上。进一步优选，第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各者中的压缩应力的绝对值是各部分中残留的应力的75％百分比值的绝对值且优选为30MPa以上。当在玻璃中拉伸张力残留时，容易发生由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。但是，如上所述，由于在第一芯部111d、第二芯部112d以及第一包层120a各者中残留的残留应力的平均值或者75％百分比值是足够大的压缩应力，所以得以抑制由局部的拉伸张力导致的传输损耗的增加。
需要说明的是，在该第四实施方式所涉及的光纤100d中也与上述的第一实施方式所涉及的光纤100a和第二实施方式所涉及的光纤100b同样地，优选虽然在第二芯部112d和第一包层120a之间粘度不同，但其空间上的变化是连续并且平缓的。当在彼此之间具有大的折射率差的第二芯部112d和第一包层120a之间粘度差急剧时，由于拉丝中的温度或张力的意料外的变动而在第二芯部112d与第一包层120a的边界部产生结构或残留应力的大的变动。这可能成为传输损耗增加的原因。由此，在第二芯部112d与第一包层120a的边界部，由于粘度的空间上的变化平缓，得以抑制传输损耗的增加。需要说明的是，粘度分布151d的区域R4的分布形状实质上类似于图4所示的形状。即，在该第四实施方式所涉及的光纤100d中也是，在包括第二芯部112d与第一包层120a的边界部(折射率梯度为最大的点P0)的宽度为2μm以上、更优选为3μm以上的粘度调整区域AD(圆环区域)中，优选粘度连续地变化。
为了与上述的第一实施方式和第二实施方式同样地进行控制使得第二芯部112d与第一包层120a的边界部附近的粘度变化变得平缓，优选将Cl与Br一起添加到第二芯部112d。需要说明的是，希望该第四实施方式所涉及的光纤100d的第二芯部112d和第一包层120a中添加的添加物(除了Br之外，根据需要为F、Cl等)中的至少一种以上是通过图1所示的光纤母材10的制造工序中的、例如烟灰附加工序(soot deposition)添加的。
除了上述的压缩应力和粘度分布的平缓的形状变化之外，芯部110中的Cl浓度的平均值优选为100ppm以上。通过含有Cl，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。更优选，芯部110中的Cl浓度的平均值是200ppm以上。而且，芯部110中的Cl浓度的75％百分比值优选为200ppm以上。在这种情况下，得以进一步抑制由玻璃缺陷导致的传输损耗的增加。
如上所示，第四实施方式所涉及的光纤100d与上述的第一实施方式到第三实施方式所涉及的光纤100a到100c相比，通过形成芯部110的一部分的第一芯部111d中含有碱性元素，能够有效地降低第一芯部的粘度。碱性元素在拉丝工序中能够扩散到包围第一芯部的第二芯部、进而能够扩散到包围第二芯部的第一包层，因此在第二芯部和第一包层中也能够得到粘度的降低效果。其结果是，能够不依赖拉丝条件而在第一芯部、第二芯部以及第一包层有效地形成压缩应力，因此容易将拉丝速度、拉丝张力在生产性的观点上实现最佳化，结果是能够降低光纤的制造成本。
附图标记说明
1光纤制造装置，10光纤母材，21、22树脂包覆装置，23拉丝炉，24加热炉，25冷却装置，26铸模，27紫外线光源，28辊，29绞盘，30卷绕机，100、100a、100b、100c、100d光纤，110、110d芯部，111d第一芯部，112d第二芯部，120包层，120a第一包层，120b第二包层，120c第三包层，210一次包覆，220二次包覆，AX中心轴线，150a、150b、150c、150d折射率曲线，151a、151b、151c、151d粘度分布，152a、152b、152c、152d应力分布，AD粘度调整区域，AX中心轴线，R1、R2、R3、R4区域，S箭头(旋转方向)。

Claims (4)

1.一种光纤，具备：
芯部，沿着中心轴线延伸，并且由添加有溴的二氧化硅玻璃形成；以及
包层，包围所述芯部，并且由具有比所述芯部的最大折射率低的折射率的二氧化硅玻璃形成，
所述芯部具有压缩应力。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述包层包括：
第一包层，包围所述芯部，并且由添加有氟的二氧化硅玻璃形成；以及
第二包层，包围所述第一包层，由纯二氧化硅玻璃或者添加有比所述第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成，并且具有拉伸应力。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述包层包括：
第一包层，包围所述芯部，并且由添加有氟的二氧化硅玻璃形成；
第二包层，包围所述第一包层，由纯二氧化硅玻璃或者添加有比所述第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成，并且具有拉伸应力；以及
第三包层，包围所述第二包层，由纯二氧化硅玻璃或者添加有比所述第一包层的氟浓度低的浓度的氟的二氧化硅玻璃形成，并且具有压缩应力。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤，其中，
所述芯部还含有氯，
在与所述中心轴线正交的该光纤的截面上定义的粘度调整区域具有：
在与所述中心轴线分开的状态下包围所述中心轴线的形状；
在分开距离2μm以上的状态下以夹着所述芯部与所述包层的边界部的方式配置的内周部和外周部；以及
沿着从所述中心轴线去往该光纤的外周的半径方向连续地变化的粘度分布。
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