CN103619767A - 光纤预制件、光纤的制备方法以及光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种容易制备的光纤预制件，通过对该光纤预制件进行拉丝可获得光纤,该光纤的芯可含有足够浓度的碱金属。所述光纤预制件(10)含有石英玻璃作为主要成分,并且具有芯部分(20)和包层部分(30)。所述芯部分(20)包括：第一芯部分(21)，其包括中心轴；和第二芯部分(22)，其设置在所述第一芯部分(21)的外周。所述包层部分(30)包括：设置在所述第二芯部分(22)的外周的第一包层部分31；以及设置在所述第一包层部分(31)的外周的第二包层部分(32)。所述芯部分(20)含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属。所述第一包层部分(31)的外周部分中的OH基团浓度为200摩尔ppm以上。

Description

光纤预制件、光纤的制备方法以及光纤
技术领域
本发明涉及光纤预制件、光纤的制备方法以及光纤。
背景技术
由石英玻璃制成、并包括掺杂有碱金属元素的芯的光纤是已知的（专利文献1至9）。据说，在光纤预制件的芯部分掺杂有碱金属元素的情况下，能够降低光纤预制件拉伸期间的芯部分的粘度，使石英玻璃的网络结构松弛，从而能够降低光纤的衰减。
作为用碱金属元素对石英玻璃进行掺杂的方法，扩散法是已知的（专利文献1和2）。在扩散法中，将作为原料的碱金属元素或碱金属盐的蒸气引入到玻璃管中，同时从外部加热该玻璃管或在该玻璃管中产生等离子体。由此，通过扩散使玻璃管的内表面被碱金属元素掺杂。
如上所述，在用碱金属元素对玻璃管的内表面附近进行掺杂之后，通过加热减小所得玻璃管的直径。在直径减小之后，为了除去在添加碱金属元素的同时添加的过渡金属元素，例如Ni和Fe，对玻璃管的内表面进行一定厚度的蚀刻。碱金属元素比过渡金属元素扩散得更快。因此，即使将玻璃表面蚀刻一定的厚度以除去过渡金属元素，也能保留碱金属元素。在蚀刻后，将玻璃管加热并使其塌缩，以制备碱金属元素掺杂的芯棒。在碱金属元素掺杂的芯棒外侧合成了包层部分，该包层部分的折射率小于包括所得的棒的芯部分的折射率，由此制备了光纤预制件。然后，可通过拉伸所得光纤预制件来制备光纤。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种容易制备的光纤预制件，所述光纤预制件被拉伸至这样的光纤，该光纤中的芯含有足够浓度的碱金属元素。本发明的目的在于提供一种通过拉伸这种光纤预制件来制备光纤的方法，其中所述光纤表现出了更低的衰减。另外，本发明的目的在于通过拉伸这种光纤预制件来提供一种光纤，其中所述光纤表现出了更低的衰减。
解决问题的方法
根据本发明的光纤预制件是这样一种光纤预制件：其由石英基玻璃构成，并且包括：芯部分，其含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属；第一包层部分，其设置在所述芯部分的外周，并且在该外周部分含有浓度为200摩尔ppm以上的OH基团；以及第二包层部分，其设置在所述第一包层部分的外周。在通过将光纤预制件切割为原片而制得的圆盘中，基于第一包层和第二包层间边界的第一包层侧的红外光的吸光度距离基线的增量A，通过下式来计算第一包层的外周部分中OH基团的浓度
OH基团浓度[ppm]=A/(6200×d[mm])×107[ppm]。
用于测定的红外光的波数为3,673cm-1，并且光斑直径为150μm。
第一包层部分的外周部分中的OH基团浓度可为2,000摩尔ppm以上。对于由所述光纤预制件拉伸而成的光纤，第一包层部分的外径可成为30μm以上45μm以下。所述芯部分的碱金属浓度的平均值可为500原子ppm以下。所述芯部分的OH基团浓度的平均值可为0.01摩尔ppm以下。可通过对位于所述第一包层部分的外周的、在气相中合成的石英玻璃烟炱进行烧结，使得所述第二包层部分变得透明。所述第一包层部分与所述第二包层部分之间的相对折射率差可为0.01%以上。所述芯部分还可包含氯元素和氟元素，并且除所述碱金属元素、氯元素和氟元素以外的掺杂剂浓度的平均值可为10原子ppm以下。
所述芯部分可包括：第一芯部分，其包括中心轴，并且其中碱金属浓度的最大值为100原子ppm以上；和第二芯部分，其设置在所述第一芯部分的外周，并且其中碱金属浓度的平均值为10原子ppm以下，氯浓度的平均值为1,000原子ppm以上。
在制备光纤的方法中，根据本发明，通过拉伸根据本发明的光纤预制件而制备了这样一种光纤，该光纤在1,550nm波长处表现出0.180dB/km以下的衰减，并且在1,380nm波长处表现出0.80dB/km以下的衰减。
根据本发明的光纤是通过拉伸根据本发明的光纤预制件而制备的光纤，并且该光纤包括：芯，其对应于所述芯部分，含有碱金属元素且具有残余压缩应力；第一包层，其设置于所述芯的外周，其外径为30μm以上45μm以下，该第一包层对应于所述第一包层部分，并且具有残余压缩应力；和第二包层，其设置于所述第一包层的外周，并且对应于所述第二包层部分，其中，在1,550nm波长处的衰减为0.185dB/km以下，并且在1,380nm波长处的衰减为0.80dB/km以下。
在所述第一包层和所述第二包层之间的界面区域中，OH基团的浓度可为1摩尔ppm以上。可以基于以基模传播的波长为1.38μm的光的衰减、以及第一包层和第二包层之间的界面区域的位置，从而计算光纤的第一包层和第二包层之间的界面区域中的OH基团浓度。同时，所述芯中的碱金属浓度的平均值可为0.2ppm以上。
本发明的有益效果
根据本发明可提供一种易于制备的光纤预制件，该光纤预制件被拉伸为这样的光纤，该光纤具有包含足够浓度的碱金属的芯。
附图简要说明
图1为根据本发明实施方案的光纤预制件的截面图。
图2为示出光纤的第一包层的外径与在1.55μm波长处的衰减之间的关系的图。
图3为示出光纤的第一包层的外径与在1.38μm波长处的衰减之间的关系的图。
图4为示出在光纤的一条直径上各点处的各相对折射率差和残余应力。
图5为光纤预制件的折射率分布的例子的概念图。
图6为示出了制备根据本发明的光纤预制件的方法中碱金属元素添加步骤的例子的概念图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施方案进行详细说明。关于此，在附图的说明中，同样的元件以相同的参考数字表示，并且不进行多余的重复说明。
碱金属元素在石英玻璃中的扩散系数比过渡金属元素（例如，Ni和Fe）的扩散系数大一个或多个数量级。在拉伸期间光纤预制件被加热到1,700℃以上，并且在这样的高温状态下，碱金属元素在光纤预制件中的扩散非常快。例如，如果将扩散系数假定为1×10-6cm2/s并将加热时间假定为0.5秒，那么得到的扩散长度为14μm。与通常光纤中5μm的芯半径相比，该扩散长度较大。因此，加入到光纤预制件的芯部分的碱金属元素大量地扩散至光纤的包层。作为此扩散的结果，光纤的芯中的碱金属平均浓度变为光纤预制件的芯部分中的碱金属平均浓度的约百分之一，因而变得非常低。
因此，为了充分地降低光纤的衰减，需要光纤预制件的芯部分中的碱金属以几百原子ppm至几千原子ppm的高浓度添加。然而，为了向石英玻璃中添加如此高浓度的碱金属，需要降低石英玻璃管的厚度，以使在扩散步骤过程中内表面的温度非常高，或者需要在扩散步骤过程中显著地增加碱金属元素蒸气的浓度。而向石英玻璃中添加高浓度的碱金属是困难的。在这一方面，即使可以加入高浓度的碱金属，但是在制备碱金属元素掺杂的芯棒的扩散、蚀刻以及塌缩各步骤中易于发生结晶，从而存在生产率低的问题。
图1为根据本发明实施方案的光纤预制件10的截面图。光纤预制件10由石英基玻璃构成，并且包括芯部分20以及包层部分30。芯部分20包括具有中心轴的第一芯部分21以及设置在第一芯部分21的外周的第二芯部分22。包层部分30包括设置在第二芯部分22的外周的第一包层部分31，以及设置在第一包层部分31的外周的第二包层部分32。芯部分20含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属。在第一包层部分31的外周部分中的OH基团浓度为200摩尔ppm以上。关于此，由于光纤预制件制备方法的特征，OH基团浓度分布几乎是轴对称的。在一个截面（垂直于主轴的截面）中,第一包层部分31的外周部分中的OH基团浓度几乎相等。因此，在通过将光纤预制件切成圆片而制得的圆盘中，仅需在第一包层和第二包层之间的边界的第一包层侧的一个位置处测定OH基团浓度便足够了。
光纤预制件10的优选方面如下所述。优选地，第一包层部分31的外径对应于由光纤预制件10拉伸而成的光纤的直径，即30μm以上45μm以下。更优选地，第一包层部分31的外径对应于光纤的30μm以上40μm以下的直径。优选地，芯部分20中的碱金属浓度的平均值为500原子ppm以下。优选地，芯部分20中的OH基团浓度的平均值为0.01摩尔ppm以下。优选地，通过对由气相合成而合成于第一包层部分31的外周的石英玻璃烟炱进行烧结，从而使得第二包层部分32变得透明。优选地，第一包层部分31和第二包层部分32之间的相对折射率差为0.01%以上。
优选地，芯部分20还包含氯元素和氟元素，并且基于整个芯部分的平均值，在芯部分20中，除碱金属元素、氯元素和氟元素以外的掺杂剂（过渡金属以及典型的金属，如Ge、Al、Ni和Fe）的浓度为10原子ppm以下。优选地，第一芯部分21中的碱金属浓度的最大值为100原子ppm以上，并且氯浓度的平均值为1,000原子ppm以下，而第二芯部分22中的碱金属浓度的平均值为10原子ppm以下，并且氯浓度的平均值为1,000原子ppm以上。
图2为示出光纤的第一包层的外径与在1.55μm波长处的衰减之间关系的图。光纤的第一包层对应于光纤预制件的第一包层部分。此处，光纤预制件10的芯部分20中的平均碱金属浓度限定为约10原子ppm，并且第一包层部分32的外周部分中的水浓度限定为约500分子ppm。芯部分20被卤素（如氯和氟）、以及碱金属元素掺杂，并且其他过渡金属元素（如Ni和Fe）、GeO2等的含量限定为1ppm以下。第一包层部分31被氟元素掺杂，并且第一包层部分31的折射率限定为低于芯部分20的折射率。另外，通过OVD法在第一包层部分31的外周上合成了由氟掺杂的SiO2玻璃制成的第二包层部分32。
优选地，第一包层部分31的外径对应于所得光纤的45μm以下的直径，因为其在1,550nm波长处的衰减为0.18dB/km以下，并且更优选地，所述外径对应于40μm以下的直径，因为其在1,550nm波长处的衰减变为0.175dB/km以下。据认为其原因在于，第一包层部分31的外周部分中的OH基团抑制了拉伸过程中碱金属元素的扩散，从而可将光纤的芯中的碱金属浓度维持在相对高的水平。可通过测定光纤的残余应力来检验对碱金属元素扩散的抑制。即，在已扩散有碱金属元素的区域中，石英玻璃的粘度降低，因此，残留有压缩应力。另一方面，在未发生扩散的区域中，石英玻璃的粘度维持在高水平，因此，残留有拉伸应力。
图4为示出在光纤的一条直径上的各点处的各相对折射率差和残余应力的图。此处，相对折射率差为以纯石英玻璃的折射率为参照的值。当该值为负时，残余应力为压缩应力；当该值为正时，残余应力为拉伸应力。在光纤的第一包层的外周部分（对应于光纤预制件10的第一包层部分31的外周部分的位置）中，在从第一包层的内侧到外侧的方向上，光纤的残余应力由压缩应力变为拉伸应力（从负号至正号）。由此可清楚地得知，在其中加入有大量水的第一包层部分31的外周部分中，碱金属元素的扩散受到抑制。在此方面，据推测扩散可被抑制的原因为，在第一包层部分31的外周部分中存在高浓度的水，这些水与碱金属元素发生反应，从而限制了碱金属元素的进一步移动。
另外，优选的是，在光纤的芯中存留有压缩应力。如果光纤中存留有拉伸应力，散射损耗可能会增大。同时，如果在光纤的芯和第一包层之间的界面附近存在大的残余应力差，则衰减可能会增大。因此，更优选的是，在光纤的芯和第一包层中都存留有压缩应力。如上所述，为了使光纤的芯和第一包层中都充分存留有残余应力，优选的是如同光纤预制件10中一样，通过向第一包层部分31的外周部分中加入高浓度的水，将碱金属元素的扩散限制在第一包层部分31的内部。
图3为示出光纤的第一包层的外径与在1.38μm波长处的衰减之间的关系的图。在光纤的第一包层的直径为30μm以下的情况下，OH基团使得在1.38μm波段处的衰减增加，并且在1,380nm波长处的衰减变得非常高，如为0.8dB/km以上。因此，就所得光纤的直径而言，优选的是第一包层部分31的外径为30μm以上。
根据光弹性效应，在光纤中的残余应力为压缩应力的情况下，折射率增加；并且在残余应力为拉伸应力的情况下，折射率降低。因而，在光纤预制件10中，期望的是就相对折射率差而言，第二包层部分32的平均相对折射率比第一包层部分31的平均折射率高0.01%以上。
为了充分地降低光纤的衰减，优选地，光纤的芯中的平均碱金属浓度为0.2原子ppm以上。在此方面，在光纤的芯中的平均碱金属浓度为大于50原子ppm的情况下，耐辐射性降低。因此，期望的是，用于海底电缆的光纤的芯中的平均碱金属浓度为50原子ppm以下。
为了充分地降低光纤的衰减，优选的是，光纤预制件10的芯部分20中的平均碱金属浓度为5原子ppm以上。光纤预制件10的芯部分20中的平均碱金属浓度为500原子ppm以下，并且优选为100原子ppm以下。因此，能够提高碱金属元素掺杂的芯棒的生产率。
优选的是，光纤预制件10的第一包层部分31的外周部分中存在200摩尔ppm以上的OH基团。这是因为第一包层部分31的外周部分中的OH基团浓度足够高于芯部分10中的平均碱金属浓度，从而，在拉伸期间通过扩散到达光纤的第一包层和第二包层之间界面处的若干ppb至若干ppm的碱金属元素可以确保与OH基团反应。
为了向光纤预制件10的第一包层部分31的外周部分有效地加入水，优选地，通过氧氢火焰对第一包层部分31的外周部分进行加热，并且优选地，通过诸如VAD法或OVD法之类的气相合成法进行第二包层部分32的合成。同时，光纤预制件10的第一包层部分31的外周部分中的OH基团浓度优选为2,000摩尔ppm以下，这是因为过高的OH基团浓度会导致光纤的衰减增加。关于光纤，由于在在1.38μm波段处发生由Si-OH吸收所致的损耗的增加，因此优选在芯部分20附近加入更少量的水。优选地，芯部分10中的OH基团平均浓度为0.01摩尔ppm以下。
关于第一芯部分21，优选地，碱金属浓度的最大值为100原子ppm以上，并且氯浓度的平均值为1,000原子ppm以下。关于第二芯部分22，优选地，碱金属浓度的最大值为10原子ppm以下，并且氯浓度的平均值为2,000原子ppm以上。因而，能够降低光纤的衰减。
据推测光纤的衰减降低的原因如下。在加热过程中，加入石英玻璃中的碱金属元素与氯元素发生反应并形成碱金属的氯化物。在玻璃块体（bulk glass）中，比如光纤预制件10中，碱金属氯化物会导致生成气泡以及晶体。因此，不向掺杂有高浓度碱金属的区域（例如，第一包层部分21）中同时添加高浓度的氯。另一方面，在（例如）光纤直径较小并且以非常大的冷却速率冷却的情况下，即使同时添加碱金属元素与氯元素，也不容易产生气泡、晶体等。因而，据估计，通过使在光纤预制件10的拉伸过程中扩散的部分碱金属元素与芯部分20中的氯元素反应，以作为碱金属的氯化物存在于芯中，由此可降低光纤的衰减。
以包层部分30的折射率（关于此，在包层部分30具有多层结构的情况下，为在相当于芯部分20的外径的约3倍的半径位置处的折射率）为参照，芯部分20的相对折射率差的最大值可为0.25%以上0.55%以下。光纤的芯半径可为3μm以上7.0μm以下。
光纤的衰减越低则越为优选。期望的是，光纤在1,550nm波长处的衰减小于0.180dB/km，更期望为0.175dB/km以下，最优选为0.170dB/km以下。优选地，光纤的芯为掺杂了卤素（如，氯和氟）以及碱金属元素（如，钾、钠和铷）的石英玻璃。在光纤中，除上述掺杂剂以外的其他掺杂剂（如典型金属元素（例如，Ge和Al）以及过渡金属元素（例如，Ni和Cu））的浓度优选为10原子ppm以下，更优选为1原子ppm以下，最优选为0.1原子ppm以下。
光纤在1,380nm波长处的衰减优选较小，为0.8dB/km以下，更优选为0.4dB/km以下，最优选为0.3dB/km以下。光纤的偏振模色散可为0.2ps/√km以下。光纤的光缆截止波长优选为1,520nm以下，并且更优选为1,450nm以下（该波长为用于拉曼放大的泵浦波长。
在根据本发明的光纤预制件的芯部分以及包层部分的各部分中，其各自的折射率可以发生改变。根据本发明的光纤预制件可具有如图5中示意性示出的分布，但并不局限于此。
实施例1
在实施例1中，通过依次进行以下步骤S1至步骤S10的各项处理，从而制备了光纤预制件和光纤，并对所得光纤的衰减进行了评价。在步骤S1中，制备了由石英玻璃制成的玻璃管。所得玻璃管基本上为包含100原子ppm的氯和6,000原子ppm的氟作为掺杂剂的纯石英玻璃，其中其它杂质的浓度为10ppm以下。该玻璃管的外径为35mm，其内径为约20mm。
在步骤S2中，如图6所示，使用溴化钾（KBr）作为碱金属的原料3，并且通过外部热源2将其加热至840℃以产生KBr蒸气。之后，在将KBr蒸气与作为载气引入的氧气以1SLM（在标准状态下为1升/分钟）的流速一同引入玻璃管1的同时，通过充当外部热源的热等离子体焰4加热玻璃管1，使得玻璃管1的外表面温度变为2,050℃。使热等离子体焰以30mm/分钟的速率往复运动总共20次以进行加热，由此通过扩散将钾金属元素添加至玻璃管1的内表面。
在步骤S3中，在使氧气（2SLM）通过玻璃管的同时，通过热等离子体焰4加热掺杂有钾金属元素的玻璃管，从而使玻璃管外表面的温度变为2,100℃。使热等离子体焰以40mm/分钟的速率往复运动总共6次以进行加热，由此将掺杂有钾金属元素的玻璃管的内径减小至3mm。
在步骤S4中，在将SF6（0.05SLM）、氯气（0.5SLM）以及He气（0.5SLM）的混合气体引入玻璃管的同时，通过热等离子体焰4加热掺杂有钾金属元素的玻璃管，以引发气相蚀刻。从而使该玻璃管的内径增至3.4mm。
在步骤S5中，在将氧气（1SLM）引入玻璃管的同时，将该玻璃管内的绝对压力降至97kPa，并且通过热等离子体焰4将表面温度限定为1,400℃，由此引起塌缩并制备了直径为28mm的碱金属元素掺杂的芯玻璃棒。为了使碱金属元素掺杂的玻璃管成为塌缩玻璃体，而不产生气泡和晶体，期望的是，该玻璃管的内压（绝对压力）为100kPa以下。在这点上，更期望的是为1kPa以下，这是因为可增加塌缩的加工速度，并且还能抑制由加热引起的碱金属的扩散。碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的钾浓度最大值为1,800原子ppm，并且掺杂有10原子ppm以上的钾的区域直径为12mm。
在步骤S6中，将碱金属元素掺杂的芯玻璃棒延伸，以使其直径变为20mm，然后，对碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的外周部分进行磨削，由此使其直径变为12mm以制得第一芯部分。
在步骤S7中，将掺杂有5,000原子ppm的氯的石英玻璃（第二芯部分）设置在碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的外部，以使外径变为65mm，进行延伸以使直径变为24mm，然后，对外周部分进行磨削以使直径变为20mm，从而制备芯玻璃棒。将第一芯部分和第二芯部分合并以制备光纤的芯。该芯部分的碱金属平均浓度为50原子ppm。在第二芯部分的玻璃的合成中，使用了插棒塌缩（rod-in-collapse）法，其中，制备了掺杂有6,000原子ppm的氯的石英玻璃管，将碱金属元素掺杂的芯玻璃棒***该玻璃管中，通过外部热源将二者加热并且一体化。由此，第二芯部分的直径（D2）与第一芯部分的直径（D1）的比值D2/D1为4.5。
在步骤S8中，在芯玻璃棒的外部合成了由掺杂有氟元素的石英玻璃制成的第一包层部分（光学包层玻璃部分）。第二芯部分与第一芯部分之间的最大相对折射率差为约0.34%。在第一包层部分的合成中，使用了插棒塌缩法，其中，制备了掺杂有氟元素的石英玻璃管，将芯玻璃棒***其中，并通过外部热源进行加热和一体化。作为通过此插棒塌缩法进行合成的结果，能够将芯玻璃棒以及与之邻近的第一包层部分中的水含量降至足够低的水平。
在步骤S9中，对具有第一包层部分的芯玻璃棒进行加工，例如，延伸至预定的直径，然后，在该玻璃棒的外部合成掺杂有氟元素的石英玻璃（第二包层部分），从而制备光纤预制件。第一包层部分的外径为36mm，并且第二包层部分的外径为140mm。第二芯部分与第二包层部分之间的最大相对折射率差为约0.32%。在第二包层部分的合成中，使用了OVD法。同时，作为通过使用红外吸收光谱对OH基团浓度进行测定的结果，在第一包层部分和第二包层部分之间的界面处的OH基团浓度的最大值为约400摩尔ppm。
在步骤10中，通过拉伸该光纤预制件从而制备了光纤。此时，拉伸速度为2,300m/分钟，拉伸张力为0.5N。
如上所述制备的光纤的各种特性在表中示出。通过这种方式，获得了表现出低衰减的光纤。
表
Figure BDA0000442498850000111
实施例2
在实施例2中，通过依次进行以下步骤S1至S10的各项处理，制备了光纤预制件和光纤，并对所得光纤的衰减进行了评价。在步骤S1中，制备了由石英玻璃制成的玻璃管。所得玻璃管基本上为包含50原子ppm的氯和7,000原子ppm的氟作为掺杂剂的纯石英玻璃，其中其它杂质的浓度为10ppm以下。该玻璃管的外径为25mm，其内径为约10mm。
在步骤S2中，如图6所示，使用溴化钾（KBr）作为碱金属的原料3，并且通过外部热源2将其加热至820℃以产生KBr蒸气。之后，在将KBr蒸气与作为载气引入的氧气以1SLM（在标准状态下为1升/分钟）的流速一同引入玻璃管1的同时，通过充当外部热源的氧氢火焰加热该玻璃管1，从而使该玻璃管1的外表面温度变成2,050℃。使氧氢火焰以30mm/分钟的速率往复运动总共15次以进行加热，由此通过扩散将钾金属元素添加至玻璃管1的内表面。
在步骤S3中，在使氧气（2SLM）通过玻璃管的同时，通过氧氢火焰4加热掺杂有钾金属元素的玻璃管，从而使该玻璃管外表面的温度变成2,100℃。使氧氢火焰以40mm/分钟的速率往复运动总共8次以进行加热，由此将掺杂有钾金属元素的玻璃管的内径减小至3mm。
在步骤S4中，在将SF6（0.05SLM）和氧气（1SLM）的混合气体引入到玻璃管的同时，通过热等离子体焰4加热掺杂有钾金属元素的玻璃管，由此引发气相蚀刻。从而使该玻璃管的内径增大至3.3mm。
在步骤S5中，在将氧气（1SLM）引入到玻璃管的同时，将该玻璃管内的绝对压力降低至1kPa，并且通过热等离子体焰4将表面温度限定为1,400℃，由此引起塌缩并制备了直径为22mm的碱金属元素掺杂的芯玻璃棒。所述碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的钾浓度最大值为1,300ppm，并且掺杂有10原子ppm以上的钾的区域直径为7mm。
在步骤S6中，将所述碱金属元素掺杂的芯玻璃棒延伸，以使其直径变为17mm，然后，对所述碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的外周部分进行磨削，使其直径变为10mm以制备第一芯部分。
在步骤S7中，将掺杂有13,000原子ppm的氯的石英玻璃（第二芯部分）设置在碱金属元素掺杂的芯玻璃棒的外部，以使其外径变为35mm，进行延伸以使其直径变为24mm，然后，对外周部分进行磨削以使其直径变为20mm，从而制备芯玻璃棒。将第一芯部分和第二芯部分合并以制备光纤的芯。该芯部分的碱金属平均浓度为15原子ppm。在第二芯部分的玻璃的合成中，使用了插棒塌缩法，其中，制备了掺杂有13,000原子ppm的氯的石英玻璃管，将碱金属元素掺杂的芯玻璃棒***该玻璃管中，通过外部热源将二者加热并且一体化。由此，第二芯部分的直径（D2）与第一芯部分的直径（D1）的比值D2/D1为2.9。
在步骤S8中，在所述芯玻璃棒的外部合成了由掺杂有氟元素的石英玻璃制成的第一包层部分（光学包层玻璃部分）。第二芯部分与第一芯部分之间的最大相对折射率差为约0.26%。在该第一包层部分的合成中，使用了插棒塌缩法，其中，制备了掺杂有氟元素的石英玻璃管，将芯玻璃棒***其中，并通过外部热源进行加热和一体化。作为通过此插棒塌缩法的合成的结果，能够将芯玻璃棒以及与之邻近的第一包层部分中的水含量降至足够低的水平。
在步骤S9中，对具有第一包层部分的芯玻璃棒进行加工，例如，延伸至预定的直径，然后，在所述玻璃棒的外部合成了掺杂有氟元素的石英玻璃（第二包层部分），从而形成光纤预制件。第一包层部分的外径为40mm，并且第二包层部分的外径为145mm。第二芯部分与第二包层部分之间的最大相对折射率差为约0.22%。在第二包层部分的合成中，使用了VAD法。同时，作为通过使用红外吸收光谱对OH基团浓度进行测定的结果，在第一包层部分和第二包层部分之间界面处的OH基团浓度的最大值为约550摩尔ppm。
在步骤10中，通过拉伸该光纤预制件制备了光纤。此时，拉伸速度为1,700m/分钟，拉伸张力为0.6N。
如上所述制备的光纤的各种特性在表中示出。通过这种方式，获得了表现出低衰减的光纤。
工业实用性
根据本发明的光纤适用作需要具有大OSNR的光线路的光纤。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP2005-537210A
专利文献2:US2006/0130530A
专利文献3:JP2007-504080A
专利文献4:JP2008-536190A
专利文献5:JP2010-501894A
专利文献6:JP2009-541796A
专利文献7:JP2010-526749A
专利文献8:WO98/002389
专利文献9:US5,146,534B

Claims (13)

1.一种光纤预制件，其由石英基玻璃构成，包括：
芯部分，其含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属；
第一包层部分，其设置在所述芯部分的外周，并且在该外周部分含有浓度为200摩尔ppm以上的OH基团；以及
第二包层部分，其设置在所述第一包层部分的外周。
2.根据权利要求1所述的光纤预制件，
其中，所述第一包层部分的外周部分中的所述OH基团的浓度为2,000摩尔ppm以上。
3.根据权利要求1或2所述的光纤预制件，
其中，对于由所述光纤预制件拉伸而成的光纤，所述第一包层部分的外径成为30μm以上45μm以下。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光纤预制件，
其中，所述芯部分的所述碱金属浓度的平均值为500原子ppm以下。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光纤预制件，
其中，所述芯部分的OH基团浓度的平均值为0.01摩尔ppm以下。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的光纤预制件，
其中，通过对位于所述第一包层部分的外周的、在气相中合成的石英玻璃烟炱进行烧结，使得所述第二包层部分变得透明。
7.根据权利要求1所述的光纤预制件，
其中，所述第一包层部分与所述第二包层部分之间的相对折射率差为0.01%以上。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的光纤预制件，
其中，所述芯部分还包含氯元素和氟元素，并且
在所述芯部分中，除所述碱金属元素、氯元素和氟元素以外的掺杂剂浓度的平均值为10原子ppm以下。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的光纤预制件，
其中，所述芯部分包括
第一芯部分，其包括中心轴，并且其中所述碱金属浓度的最大值为100原子ppm以上，所述氯浓度的平均值为1,000原子ppm以下，以及
第二芯部分，其设置于所述第一芯部分的外周，并且其中所述碱金属元素的平均值为10原子ppm以下，所述氯浓度的平均值为1,000原子ppm以上。
10.一种制备光纤的方法，该方法包括以下步骤：拉伸根据权利要求1至9中任意一项所述的光纤预制件，从而制备光纤，该光纤在1,550nm波长处表现出0.180dB/km以下的衰减，并且在1,380nm波长处表现出0.80dB/km以下的衰减。
11.一种光纤，其是通过拉伸根据权利要求1至9中任意一项所述的光纤预制件而制备的，所述光纤包括：
芯，其对应于所述芯部分，并且含有所述碱金属元素且具有残余压应力；
第一包层，其设置于所述芯的外周且外径为30μm以上45μm以下，该第一包层对应于所述第一包层部分，并且具有残余压应力；以及
第二包层，其设置于所述第一包层的外周，并且对应于所述第二包层部分，
其中，在1,550nm波长处的衰减为0.185dB/km以下，并且在1,380nm波长处的衰减为0.80dB/km以下。
12.根据权利要求11所述的光纤，
其中，在所述第一包层和所述第二包层之间的界面区域中，所述OH基团的浓度为1摩尔ppm以上。
13.根据权利要求11所述的光纤，
其中，所述芯中的所述碱金属浓度的平均值为0.2ppm以上。
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