(57)【要約】【課題】コア領域にアルカリ金属元素が添加されて伝送損失が低く耐放射特性が優れた光ファイバを提供する。【解決手段】本発明の光ファイバは、コア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有する光ファイバであって、コア領域にアルカリ金属元素が添加され、コア領域におけるアルカリ金属の濃度の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上であり、累積吸収線量０.１０Ｇｙ以上の放射線を照射した後の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が、放射線を照射する前と比較して０.０２ｄＢ／ｋｍ以下の増加である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有する光ファイバであって、
前記コア領域にアルカリ金属元素が添加され、
前記コア領域におけるアルカリ金属の濃度の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上であり、
累積吸収線量０.１０Ｇｙ以上の放射線を照射した後の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が、放射線を照射する前と比較して０.０２ｄＢ／ｋｍ以下の増加である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記コア領域におけるアルカリ金属の濃度の平均値が２５原子ｐｐｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コア領域に更に塩素元素が添加されており、
前記コア領域における塩素元素の濃度の最小値が３００原子ｐｐｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コア領域における塩素元素の濃度の平均値が１３,０００原子ｐｐｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア領域にアルカリ金属元素としてカリウムが添加されている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記コア領域における塩素元素の平均濃度が２０００原子ｐｐｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記コア領域における塩素元素濃度の最低値が２０００原子ｐｐｍ以上であり、
前記コア領域における塩素元素濃度の平均値が４０００原子ｐｐｍ以上１３０００原子ｐｐｍ以下であり、
前記コア領域におけるアルカリ金属元素の濃度の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上１０原子ｐｐｍ以下であり、
前記コア領域におけるアルカリ金属元素およびハロゲン元素以外のドーパントの濃度が、前記コア領域におけるハロゲン元素の濃度の平均値より小さく、
波長１５５０ｎｍ における伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下である、
ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記コア領域における径方向の位置ｒを前記コア領域の中心軸からの半径距離とした際に、前記コア領域の最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２より小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有する、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記コア領域の中心軸における屈折率をＮ３とする際、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２である、
ことを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
光ファイバのコア領域となるコア部と、前記光ファイバのクラッド領域となるクラッド部と、を有する光ファイバ母材であって、
前記コア部は、中心軸を含む第一コア部と、前記第一コア部に外接する第二コア部と、前記第二コア部に外接する第三コア部とを少なくとも有し、
前記第一コア部においてアルカリ金属元素濃度の最小値が１０原子ｐｐｍ以上であって塩素元素濃度の最大値が１０〜６００原子ｐｐｍであり、
前記第二コア部においてアルカリ金属元素濃度の最大値が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素濃度の最大値が１０〜６００原子ｐｐｍであり、
前記第三コア部においてアルカリ金属元素濃度の最大値が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素濃度の平均値が２０００原子ｐｐｍ以上である、
ことを特徴とする光ファイバ母材。
【請求項１２】
前記コア部のアルカリ金属元素濃度の平均値が１０００原子ｐｐｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ母材。
【請求項１３】
前記第三コア部におけるフッ素元素濃度の最大値が２００原子ｐｐｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ母材。
【請求項１４】
前記コア部における径方向の位置ｒを前記コア部の中心軸からの半径距離とした際に、前記コア部の最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２より小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有する、
ことを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項に記載の光ファイバ母材。
【請求項１５】
前記コア部の中心軸における屈折率をＮ３とする際、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよび光ファイバ母材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属元素をコア領域に添加した石英ガラスの光ファイバが知られている（特許文献１〜９を参照）。光ファイバ母材のコア部にアルカリ金属元素が添加されていると、光ファイバ母材を線引するときにコア部の粘性を下げることができ、石英ガラスのネットワーク構造の緩和が進行するため、光ファイバの伝送損失を低減することが可能であるといわれている。
【０００３】
アルカリ金属元素を石英ガラス中に添加する方法としては拡散法が知られている（例えば特許文献１，２を参照）。拡散法は、原料となるアルカリ金属元素またはアルカリ金属塩などの原料蒸気をガラスパイプ内に導入しながら、ガラスパイプを外部熱源により加熱したり、ガラスパイプ内にプラズマを発生させたりすることで、アルカリ金属元素をガラスパイプの内表面に拡散添加するものである。
【０００４】
このようにしてアルカリ金属元素をガラスパイプの内表面近傍に添加した後、このガラスパイプを加熱して縮径させる。縮径後、アルカリ金属元素の添加の際に同時に添加されてしまうＮｉやＦｅなどの遷移金属元素を除去する目的で、ガラスパイプの内表面のある厚みをエッチングする。アルカリ金属元素は遷移金属元素よりも拡散が速いためガラス表面をある厚みでエッチングして遷移金属元素を除去してもアルカリ金属元素を残留させることが可能である。エッチング後、ガラスパイプを加熱して中実化することで、アルカリ金属元素添加コアロッドを製造する。このアルカリ金属元素添加コアロッドの外側にクラッド部を合成することで光ファイバ母材を製造する。そして、この光ファイバ母材を線引することで光ファイバを製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３７２１０号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０１３０５３０号明細書
【特許文献３】特表２００７−５０４０８０号公報
【特許文献４】特表２００８−５３６１９０号公報
【特許文献５】特表２０１０−５０１８９４号公報
【特許文献６】特表２００９−５４１７９６号公報
【特許文献７】特表２０１０−５２６７４９号公報
【特許文献８】国際公開第９８／００２３８９号
【特許文献９】米国特許第５１４６５３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、石英ガラス中のアルカリ金属元素は、ガンマ線などの高エネルギーの放射線が照射されると、ガラス中で移動し、ガラスネットワークの欠陥を発生させてしまう。したがって、石英ガラス系のコア中にアルカリ金属元素を添加した光ファイバを製造すると、ガンマ線照射によって光通信波長帯域における伝送損失が大きくなってしまう場合があった。
【０００７】
例えば、特許文献３には、コアにおけるアルカリ金属酸化物のピーク濃度が２０〜１,０００重量ｐｐｍである光ファイバが記載されている。また、特許文献６には、コアにおけるアルカリ金属酸化物の平均濃度が５０〜５００ｐｐｍである光ファイバが記載されている。このようなアルカリ金属元素がコア中に添加された光ファイバを用いて海底ケーブルを製造した際に、通信帯域での伝送損失が敷設した際より上昇してしまう恐れがあった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、コア領域にアルカリ金属元素が添加されて伝送損失が低く耐放射特性が優れた光ファイバ、および、このような光ファイバを線引により製造するのに好適な光ファイバ母材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光ファイバは、コア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有する光ファイバであって、コア領域にアルカリ金属元素が添加され、コア領域におけるアルカリ金属の濃度の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上であり、累積吸収線量０.１０Ｇｙ以上の放射線を照射した後の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が、放射線を照射する前と比較して０.０２ｄＢ／ｋｍ以下の増加であることを特徴とする。ここで「原子ｐｐｍ」とは、１００万ユニットのＳｉＯ２中のドーパント原子の個数である。本明細書および特許請求の範囲においては、本発明の光ファイバが海底ケーブルに用いられることを考慮して、放射線の強度を液体の水に対する「吸収線量」で表す。液体の水に対する吸収線量は、シリカガラスに対する吸収線量の１.１倍に相当する。
【００１０】
本発明の光ファイバは、コア領域におけるアルカリ金属の濃度の平均値が２５原子ｐｐｍ以下であるのが好適である。本発明の光ファイバは、コア領域に更に塩素元素が添加されており、コア領域における塩素元素の濃度の最小値が３００原子ｐｐｍ以上であるのが好適である。本発明の光ファイバは、コア領域における塩素元素の濃度の平均値が１３,０００原子ｐｐｍ以下であるのが好適である。本発明の光ファイバは、コア領域にアルカリ金属元素としてカリウムが添加されているのが好適である。本発明の光ファイバは、コア領域における塩素元素の平均濃度が２０００原子ｐｐｍ以上であるのが好適である。本発明の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。
【００１１】
本発明の光ファイバは、コア領域における塩素元素濃度の最低値が２０００原子ｐｐｍ以上であり、コア領域における塩素元素濃度の平均値が４０００原子ｐｐｍ以上１３０００原子ｐｐｍ以下であり、コア領域におけるアルカリ金属元素の濃度の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上１０原子ｐｐｍ以下であり、コア領域におけるアルカリ金属元素およびハロゲン元素以外のドーパントの濃度が、コア領域におけるハロゲン元素の濃度の平均値より小さく、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下である。
【００１２】
本発明の光ファイバは、コア領域における径方向の位置ｒをコア領域の中心軸からの半径距離とした際に、コア領域の最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２より小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有するのが好適である。また、本発明の光ファイバは、コア領域の中心軸における屈折率をＮ３とする際、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２であるのが好適である。
【００１３】
本発明の光ファイバ母材は、光ファイバのコア領域となるコア部と、光ファイバのクラッド領域となるクラッド部と、を有する光ファイバ母材であって、コア部は、中心軸を含む第一コア部と、第一コア部に外接する第二コア部と、第二コア部に外接する第三コア部とを少なくとも有し、第一コア部においてアルカリ金属元素濃度の最小値が１０原子ｐｐｍ以上であって塩素元素濃度の最大値が１０〜６００原子ｐｐｍであり、第二コア部においてアルカリ金属元素濃度の最大値が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素濃度の最大値が１０〜６００原子ｐｐｍであり、第三コア部においてアルカリ金属元素濃度の最大値が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素濃度の平均値が２０００原子ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ファイバ母材は、コア部のアルカリ金属元素濃度の平均値が１０００原子ｐｐｍ以下であるのが好適である。本発明の光ファイバ母材は、第三コア部におけるフッ素元素濃度の最大値が２００原子ｐｐｍ以下であるのが好適である。本発明の光ファイバ母材は、コア部における径方向の位置ｒをコア部の中心軸からの半径距離とした際に、コア部の最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２より小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有するのが好適である。また、本発明の光ファイバ母材は、コア部の中心軸における屈折率をＮ３とする際、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２であるのが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバは、コア領域にアルカリ金属元素が添加されて伝送損失が低く耐放射特性が優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】波長１５５０ｎｍにおける伝送損失増化量と累積ガンマ線吸収線量との関係を示すグラフである。
【図２】波長１５５０ｎｍにおける伝送損失増加量とコア領域中のカリウム原子の平均濃度との関係を示すグラフである。
【図３】光ファイバ母材のコア部付近のカリウム濃度および塩素元素濃度の径方向分布、ならびに、光ファイバのコア領域付近の塩素元素濃度の径方向分布を示す図である。
【図４】光ファイバ母材の屈折率分布を示す図である。
【図５】光ファイバ母材の屈折率プロファイルの例を示す図である。
【図６】光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
本実施形態の光ファイバは、コア領域にアルカリ金属元素が添加された石英ガラス系光ファイバであって、累積吸収線量０.１０Ｇｙの放射線を照射した際の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.０２０ｄＢ／ｋｍ以下であり、好ましくは０.０１５ｄＢ／ｋｍ以下である。このような光ファイバを用いて海底ケーブルを製造した場合、この海底ケーブルの使用中の伝送損失の増加を小さくすることが可能となる。
【００１９】
一般的に、海底ケーブルに対する放射線の累積吸収線量は０.０１Ｇｙ程度であるといわれている。また、海底ケーブルに収納された光ファイバは銅などの金属シースによって保護されているので、実際に光ファイバに照射される放射線量はさらに小さくなる。測定の際には、０.０１Ｇｙの照射では伝送損失の増加が非常に小さいので、測定が信用できない。そこで、その１０倍である０.１Ｇｙの放射線を光ファイバに照射した際の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下（好ましくは０.０１５ｄＢ／ｋｍ以下）であるような光ファイバを用いるのが好ましい。
【００２０】
特に、アルカリ金属元素の平均濃度が２５原子ｐｐｍ以下であることが望ましく、１０原子ｐｐｍ以下であると更に望ましい。このような光ファイバであれば、放射線を照射した際の伝送損失の増加を抑制することが可能である。また、光ファイバのコアにおける塩素の最低濃度が３００原子ｐｐｍ以上であることが望ましい。このようにすることで、伝送損失を低減することが可能である。特に、光ファイバのコアにおける塩素の最低濃度が１０００原子ｐｐｍ以上であると、更に望ましい。
【００２１】
次に、光ファイバのコア領域におけるアルカリ金属元素の濃度と放射線照射による伝送損失増加量との関係について調査した結果について説明する。図１は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失増化量と累積ガンマ線吸収線量との関係を示すグラフである。コバルト６０を線源とするガンマ線を光ファイバに対して毎時０.０４Ｇｙ照射し、その線量と照射時間との積を累積吸収線量とした。伝送損失は、波長１５５０ｎｍにおいて公知のＯＴＤＲ法を用いて、ガンマ線照射前からの増加量がガンマ線照射中に測定された。
【００２２】
ガンマ線照射による伝送損失増を調査した光ファイバとして、海底ケーブル用として通常に用いられておりコア中にＧｅＯ２が７mol％程度添加された非零分散シフト光ファイバ（ＮＺ-ＤＳＦ）、および、コア中にアルカリ金属元素としてカリウムをコア領域の平均で５原子ｐｐｍ含む純シリカコア光ファイバが用いられた。また、光ファイバ中のアルカリ金属元素の濃度はＳＩＭＳで測定された。
【００２３】
図１に示されるとおり、累積吸収線量が多いほど伝送損失の増加が大きいことがわかる。また、放射線の累積吸収線量が０.０１Ｇｙ程度と小さい場合には、伝送損失の増加が小さく、測定の誤差が大きい。しかし、放射線の累積吸収線量が０.１０Ｇｙ程度であれば、損失増が比較的大きいので、光ファイバの耐放射線特性を良好に判断することが可能となる。放射線の累積吸収線量が０.１０Ｇｙで伝送損失増加量が０.０２０ｄＢ／ｋｍ以下の範囲であれば、海底ケーブル用ファイバとして使用可能である。既に海底ケーブル用として使用の実績のあるＮＺ-ＤＳＦと同等の０.０１５ｄＢ／ｋｍ以下であれば、更に好ましい。
【００２４】
図２は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失増加量とコア領域中のカリウム原子の平均濃度との関係を示すグラフである。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失増加量は、毎時０.０４Ｇｙのガンマ線を光ファイバに照射して累積吸収線量０.１０Ｇｙのガンマ線を照射した後に測定された。コア領域中のカリウム原子の平均濃度は２、５、１８、３２、４５原子ｐｐｍとした。これらカリウム原子の平均濃度から換算されるＫ２Ｏは、それぞれ、４重量ｐｐｍ、１４重量ｐｐｍ、２５重量ｐｐｍ、３５重量ｐｐｍであった。
【００２５】
図２に示されるとおり、アルカリ金属元素としてカリウム元素の濃度が高いほど、放射線照射による損失増が高いことがわかる。コア中のアルカリ金属元素の平均濃度は２５原子ｐｐｍ程度以下（Ｋ２Ｏに換算すると２０重量ｐｐｍ以下）であると累積吸収線量が０.１０Ｇｙの際の波長１５５０ｎｍにおける損失増が０.０２０ｄＢ／ｋｍ以下となるため好ましい。また、更に好ましくは、コア中のアルカリ金属元素の平均濃度は１０原子ｐｐｍ以下（Ｋ２Ｏに換算すると８重量ｐｐｍ以下）であると伝送損失増が０.０１５ｄＢ／ｋｍ以下となるため更に望ましい。
【００２６】
次に、光ファイバにおける塩素元素添加の効果について説明する。先行技術文献には、石英ガラスにアルカリ金属元素および塩素元素を共添加することは、アルカリ塩化物が生成されて結晶化してしまうことから、避けるべきであるとされている。しかしながら、本発明者は、光ファイバ母材中ではアルカリ塩化物が結晶化や気泡の要因となるので避けるべきであるものの、その一方で、光ファイバにおいてはコア領域中に塩素元素を３００原子ｐｐｍ以上多く含む場合に伝送損失が低減することを見出した。すなわち、本発明者は、光ファイバ母材においては塩素元素濃度を低くする一方で、光ファイバにおいては塩素元素濃度を高くすればよいことを見出した。
【００２７】
光ファイバのコア中のカリウム元素濃度が平均５原子ｐｐｍであってクラッド領域にフッ素元素が添加された純シリカコアファイバを製造し、これらの光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を調査した。コア中の塩素元素濃度は様々な値とした。
【００２８】
コア領域中の塩素元素の最小濃度が３,０００原子ｐｐｍであってコア領域全体の平均濃度が７,０００原子ｐｐｍである光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１５７ｄＢ／ｋｍであった。コア領域中の塩素元素の最小濃度が１,０００原子ｐｐｍであってコア領域全体の平均濃度が２,２００原子ｐｐｍである光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１５８ｄＢ／ｋｍであった。コア領域中の塩素元素の最小濃度が３００原子ｐｐｍであってコア領域全体の平均濃度が８００原子ｐｐｍである光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１６４ｄＢ／ｋｍであった。これらの光ファイバは、伝送損失が低く良好であった。比較例として、コア領域中の塩素元素の最小濃度が２００原子ｐｐｍであって、コア領域全体の平均濃度が５００原子ｐｐｍとした光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１８５ｄＢ／ｋｍと高かった。
【００２９】
また、その他の光ファイバの特性としては、カットオフシフト型の低非線形ファイバであって、ファイバ長さ２２ｍで測定したケーブルカットオフ波長が１３００〜１５３０ｎｍであった。波長１５５０ｎｍにおける諸特性として、波長分散が＋１９.５〜＋２１.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープが＋０.０５５〜＋０.０６５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、実効断面積が１２５〜１４５μｍ２であり、モードフィールド径が１２.２〜１３.０μｍであり、偏波モード分散が０.０１〜０.１０ｐｓ／√ｋｍであり、非線形屈折率Ｎ２が２.１５×１０−２０ｍ２／Ｗ程度であった。
【００３０】
このように、コア中に添加されたアルカリ金属元素の平均濃度が２５原子ｐｐｍ以下である光ファイバは、塩素元素の最小濃度が３００原子ｐｐｍ以上であると、伝送損失を低減することが可能であるので好ましい。
【００３１】
また、コア中のアルカリ金属元素濃度が低すぎても伝送損失が低減しないが、現在の技術ではアルカリ金属元素濃度がＳＩＭＳ法による測定下限界以下であっても伝送損失が低減する場合がある。光ファイバ母材の濃度から推測すると、コア中のアルカリ元素の平均濃度が０.２原子ｐｐｍ以上であれば、伝送損失が低減する。
【００３２】
加えて、このようなアルカリ金属元素濃度であれば、光ファイバの耐水素特性や強度特性などの信頼性も問題がない。例えば、耐水素特性に関しては、１気圧（１０１ｋＰａ）の水素分圧下に温度８０℃で２０時間の処理を実施した後の波長１.３８μｍ帯のＯＨ基吸収による損失増は０.０〜０.１５ｄＢ／ｋｍであり、９７％が０.１０ｄＢ／ｋｍ以下であり、５０％が０.０５ｄＢ／ｋｍ以下であり、全数で波長１５３０〜１６１０ｎｍにおいて顕著な損失増がなく良好であった。また、水素分圧が０.１気圧で温度が４０℃条件で３ヶ月間の水素処理を実施した際、その水素処理の期間中に波長１４２０〜１６１０ｎｍにおいて異常な損失ピークの発生がなかった。強度特性に関しては、光ファイバの破断確率を示すパラメータとして一般的に知られている静疲労係数（Ｎｓ）および動疲労係数（Ｎｄ）はともに１８〜２７と良好であった。
【００３３】
次に、上記のような光ファイバを線引により製造するのに好適な光ファイバ母材について説明する。光ファイバ母材では、アルカリ金属塩が生成されると、ガラスの結晶（クリストバライト）や気泡が発生しやすくなる。このことから、コア中にアルカリ金属と塩素元素とが共添加された光ファイバを実現するためには、高濃度のアルカリ金属元素が添加された部位では塩素元素濃度が低い第一コア部を有することが望ましい。コア部全体で塩素元素濃度を上昇させるために、アルカリ金属元素が実質的に添加されておらず高濃度の塩素元素が添加された第三コア部が第一コア部の外周部に設けられていると良い。また、第一コア部と第三コア部との間で、母材製造工程でのアルカリ金属元素と塩素元素との相互拡散によるアルカリ金属塩の発生を抑制するため、アルカリ金属元素および塩素元素の濃度が低い第二コア部が設けられていると良い。
【００３４】
すなわち、光ファイバ母材のコア部は、中心から順に第一コア部，第二コア部および第三コア部を有する。第一コア部では、アルカリ金属元素が高濃度で、塩素元素が低濃度である。第三コア部では、アルカリ金属元素が実質的に含まれておらず、塩素元素が高濃度である。第一コア部と第三コア部との中間に存在する第二コア部では、アルカリ金属元素および塩素元素が共に低濃度である。このような光ファイバ母材から出発して適切な条件で線引きすればよい。
【００３５】
具体的には、光ファイバ母材のコア部の平均アルカリ金属濃度が５原子ｐｐｍ以上１５０原子ｐｐｍ以下であるとよく、第一コア部ではアルカリ金属元素の最低濃度が１０原子ｐｐｍ以上であって塩素元素の最高濃度が１０〜６００原子ｐｐｍであり、第二コア部ではアルカリ金属元素の最高濃度が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素の最高濃度が１０〜６００原子ｐｐｍであり、第三コア部ではアルカリ金属元素の最高濃度が１０原子ｐｐｍ以下であって塩素元素の平均濃度が２０００原子ｐｐｍ以上であると良い。また、塩素元素の平均濃度は１３,０００原子ｐｐｍ以下であってよい。アルカリ金属元素のピーク濃度は第一コア部において５００〜５０００原子ｐｐｍであってよい。
【００３６】
第一コア部および第二コア部それぞれの塩素元素の最高濃度は１０〜２００原子ｐｐｍであると更に好ましい。第一コア部および第二コア部それぞれに最高濃度が３,０００〜１５,０００原子ｐｐｍのフッ素元素が添加されていても良い。第三コア部は、コア部の屈折率を高く保つために、フッ素元素濃度の最高濃度が２００原子ｐｐｍ以下であって実質的にフッ素元素を含まないことが望ましい。
【００３７】
コア部は不純物を実質的に含まないことが望ましい。例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどの遷移金属元素の濃度がコア部全体の平均で１０ｐｐｂ以下であると良い。同様に、コア部のＯＨ基の濃度は１００ｐｐｂ以下に低いことが望ましい。コア部は、Ｇｅ、Ｐなどを含まないことが好ましく、アルカリ金属元素およびハロゲン元素以外のドーパントの濃度がコア部におけるハロゲン元素の濃度の平均値より低いと良い。クラッド部は、第三コア部より屈折率が低く、フッ素元素を添加した石英ガラスからなると良い。
【００３８】
線引条件としては、例えば、線引速度（線引時の光ファイバ化の加工速度）を１,０００〜３,０００ｍ／ｍｉｎとし、線引張力（光ファイバのガラス部に加わる張力）を３０〜１５０ｇｆ（０.３〜１.５Ｎ）とし、２００μｍ以下のガラス径であるファイバ状態での線引設備（光ファイバ母材を光ファイバに線引する加熱炉）内の滞在時間を０.０１〜０.３秒とすればよい。また、光ファイバ母材の外直径は７０〜１８０ｍｍであり、光ファイバのガラス部の外直径は１００〜１５０μｍであって良い。
【００３９】
図３（ａ）は、光ファイバ母材のコア部付近のカリウム濃度および塩素元素濃度の径方向分布を示す図である。同図（ｂ）は、同図（ａ）の光ファイバ母材を線引して製造された光ファイバのコア領域付近の塩素元素濃度の径方向分布を示す図である。ここでは、光ファイバ母材のコア部に、アルカリ金属元素としてカリウム元素を最高濃度で８００原子ｐｐｍ程度、コア部の平均で１０原子ｐｐｍ程度となるように添加した。この光ファイバ母材を線引する際の条件として、線引速度を１,３００ｍｍ／ｍｉｎとし、線引張力を７０ｇｆとし、２００μｍ以下のガラス径であるファイバ状態での線引設備内の滞在時間を０.０５秒程度とした。
【００４０】
このような塩素元素およびフッ素元素濃度それぞれの径方向における分布を有する光ファイバ母材は、コア部の中心軸近傍で屈折率が低く、その外周で屈折率が高くなる。すなわち、径方向の位置ｒをコア部の中心軸からの半径距離とした際に、最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２よりも小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有する。また、アルカリ金属元素の拡散添加の際に、アルカリ金属とフッ素とが反応してアルカリフッ素塩が発生する。このアルカリフッ素塩がガラスパイプの内表面から脱離することによって、ガラスパイプの内表面での屈折率が高くなる場合がある。したがって、このガラスパイプを中実化して得られるアルカリ金属元素が添加されたガラスロッドは、その中心部近傍での屈折率が最小値よりも高くなる場合がある。すなわち、光ファイバ母材は、コア部の中心軸（ｒ＝０）における屈折率をＮ３とする場合、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２であっても良い（図４）。
【００４１】
線引工程などの加熱工程における塩素元素およびフッ素元素の拡散や光ファイバに残留する応力分布によって、光ファイバにおける径方向の屈折率プロファイルは光ファイバ母材の屈折率プロファイルから変化してしまう。しかしながら、光ファイバの屈折率プロファイルは、光ファイバ母材と同様に、径方向の位置ｒをコア領域の中心軸からの半径距離とした際に、最大屈折率Ｎ２を有する径方向の位置ｒ２より小さい径方向の位置ｒ１で極小屈折率Ｎ１を有する。また、コア領域の中心軸（ｒ＝０）における屈折率をＮ３とする場合、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２であっても良い。
【００４２】
次に、光ファイバ母材の構成について更に説明するとともに、光ファイバの特性について説明する。光ファイバ母材において、第一コア部の外直径をＤ１とし、第二コア部の外直径をＤ２とし、第三コア部の外直径をＤ３とすると、Ｄ３／Ｄ１は２〜１０の範囲であって、Ｄ２／Ｄ１は１.１〜６の範囲であると良い。クラッド部の最小の屈折率に対する第三コア部における比屈折率差の最大値は、０.１５〜１.０％の範囲であると良い。
【００４３】
本実施形態の光ファイバ母材とは、光ファイバ母材の中間体であっても良く、その外周にさらに石英系ガラスを合成しても良い。光ファイバ母材のコア部およびクラッド部それぞれは、屈折率の微細構造を有しても良く、例えば図５に示されるような各種の屈折率プロファイルを有していてもよいが、これに制限されることはない。なお、図６に示される光ファイバ母材の屈折率プロファイルにおいて、光ファイバ母材の中心軸から径方向の距離ｒの位置での屈折率をＮ(ｒ)と表す。径方向位置Ｌにおいて屈折率Ｎ(Ｌ)が最大値Ｎmaxになるとする。また、｜Ｌ｜＜｜Ｒ｜である径方向位置Ｒにおいて （Ｎmax−Ｎ(Ｒ)）／Ｎmaxが０.１５％であるとする。このときの半径Ｒ内の領域をコア部とする。
【００４４】
光ファイバの波長１５５０ｎｍ における伝送損失は、０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が望ましく、更に望ましくは０.１７０ｄＢ／ｋｍ以下、更には０.１６０ｄＢ／ｋｍ以下であると良い。実効断面積は、波長１５５０ｎｍで７０〜１６０μｍ２程度であって良い。波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、＋１５〜＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであって良い。零分散波長は１２５０ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下であってよい。分散スロープは、波長１５５０ｎｍにおいて＋０.０５〜＋０.０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってよい。波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は、０.８ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が好ましく、０.４ｄＢ／ｋｍ以下であると更に良く、また０.３ｄＢ／ｋｍ以下であると最も好ましい。
【００４５】
波長１５５０ｎｍ帯における偏波モード分散は、０.２ｐｓ／√ｋｍ以下であって良い。ケーブルカットオフ波長は、１５３０ｎｍ以下であると良く、ラマン増幅に用いるポンプ波長となる１４５０ｎｍ以下であると更に良い。また、標準的なシングルモードファイバと同様に１２６０ｎｍ以下であってもよい。コア領域の直径は５〜１５μｍ程度であり、コア領域とクラッド領域の相対屈折率差（（コア領域屈折率−クラッド領域屈折率）／コア領域屈折率）の最大値は０.１５〜１.０％の範囲であるとよい。光ファイバのガラス部の外周の直径は１１０〜１５０μｍ程度であってよく、樹脂によって被覆された光ファイバの外周の直径は２００〜３００μｍ程度であると良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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