(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレフォームから光ファイバを製造する方法であって、
プレフォームの少なくとも一部を延伸温度に加熱し、
光ファイバが、各々が各々のローラの中心を通過する回転軸の周りに自由に回転する第一と第二のローラの間を通り、それらと接触するように、前記プレフォームから該光ファイバを延伸させ、
該ファイバに回転が与えられるように前記ローラの各々の回転軸の角アライメントを変える各工程からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一と第二のローラの角アライメントを時間により変調させる工程を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】
前記ファイバに与えられる回転が、前記第一と第二のローラの変調に直接的に比例していることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項４】
前記第一と第二のローラの所望の角アライメントが制御機構にプログラムされていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項５】
前記第一と第二のローラの角アライメントの所望の変調が制御機構にプログラムされていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項６】
前記光ファイバが一定の延伸速度で延伸されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項７】
前記ローラの角配向と、前記ファイバに与えられる回転との間の関係が実質的に、関係Ω＝（ｓｉｎψ）／ａにより記載されることを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】
各々のローラの各々の回転軸の変化が、大きさが等しく、方向が反対であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、偏光モード分散（ＰＭＤ）を減少させるように単一モード光ファイバ内に制御された回転を導入する方法に関するものである。
通信システムに通常用いられている、いわゆる「単一モードファイバ」は、純粋に単一モードではないことがよく知られている。むしろ、特定の波長の光が単一モードファイバを通って伝搬する場合、垂直偏光の二つのモードがファイバ内に存在する。単一モードファイバを通って伝搬する光は、これら二つのモードの線形重ね合せにより表すことができる。ファイバが、幾何学対称および応力対称において、完全に円形に対称的である場合には、二つの偏光モードは縮退している。これらの偏光モードは、同一の群速度で伝搬するが、ファイバ内を同一の距離だけ伝わった後に、遅延時間の差がない。しかしながら、実際のファイバは完全には円形に対称的ではない。二つの直角モードに関してファイバの伝搬定数を変化させるどのような円形非対称によっても、二つのモードの縮退が壊れる。これらの非対称は、幾何学的または応力的に誘発されてもよい。その結果、二つの伝搬モードは異なる伝搬定数で伝搬する。伝搬定数間の差は、複屈折と称される。複屈折により、一般的な偏光状態がファイバに沿って周期的に生じる。偏光状態の再現される長さが、ファイバのビート長である。このビート長は、ファイバの複屈折に対して反比例している。複屈折が存在する場合には、二つの偏光モードは異なる群速度で伝わる。二つの偏光モードの間の差分遅延時間は、偏光モード分散、またはＰＭＤと呼ばれている。ＰＭＤにより、高ビット伝送速度システムおよびアナログ通信システムにとって非常に有害な信号歪みが生じてしまう。
偏光モードが「結合」すると、ＰＭＤが減少する場合があることも知られている。モード結合は、一つの偏光モードからの光エネルギーが他の偏光モードに結合するときに生じる。これは、ファイバの縦方向の均一性が完全ではない場合に生じる。このような縦方向の均一性は、プレフォームの製造または延伸工程中にコアの真円度における誤差により、またはファイバを配置するときの曲げまたは捻りにより乱される場合がある。
本発明は、ファイバが延伸されている間に、長軸の周りにファイバを回転させて、ファイバ内に回転不均一性を形成する方法および装置を提供する。
発明の概要
本発明の目的は、ＰＭＤを減少させる方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、延伸工程中にファイバを回転させる、制御可能で予測可能な方法および装置を提供することにある。
本発明の目的は、形成されたファイバが用いられるときにモード結合が生じるように、ファイバ延伸工程中に制御可能で予測可能な様式でファイバを回転させることにより、ファイバが用いられるときに、ファイバ内のＰＭＤを減少させる方法を提供することにある。
上述した目的が本発明により達成される。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述したおよび他の目的並びに利点が、添付した図面と共に以下の詳細な記載を考慮する際に明白となる。この図面において、同じ参照番号が、全体に亘って同一の部材を示している。
図１は、本発明の一つの実施の形態による、二つのローラを通して延伸されたファイバを示す概略図である。
図２は、本発明を実施する際に使用する装置の構成部材を示している。
図３は、本発明を実施する制御装置の機能系統図である。
発明の詳細な説明
本発明は、延伸工程中にファイバに制御可能で予測可能な回転を与えるようにローラを通してファイバを延伸させることにより、ＰＭＤが減少した光ファイバを製造する方法を提供する。より詳しくは、このことは、従来のファイバプレフォームを従来の延伸温度に加熱し、回転しているベルトおよび滑車の間でファイバを延伸させることにより、または制御可能で予測可能な回転がファイバに与えられるようにローラの間でファイバを延伸させることにより、光ファイバをプレフォームから延伸させることを意味する。
従来は、ガラスプレフォームから単一モード光ファイバを延伸させている。このガラスプレフォームは、炉内で加熱され、各々が自由に回転する二つのローラの間をファイバが通過するように、好ましくは一定の延伸速度で、引き下げリールにより炉から延伸される。ローラは、ファイバがローラの間に挟まれ、ローラが好ましくは互いに向かって押しつけられるように隣接している。このようにして、ファイバが、各々のローラの表面に摩擦的にかみ合い、それによって、ローラがモータ駆動されていない好ましい実施の形態において、ファイバによって各々のローラが回転する。摩擦定数の程度は、各々のローラの表面速度がファイバの線（延伸）速度と実質的に等しいことを確実にするように十分であるべきである。しかしながら、ローラは、ファイバに過渡に応力を与えるほどきつくファイバをしっかりとらえる、またはかみ合うべきではない。ローラが回転駆動されている場合には、ローラの表面速度の垂直成分がファイバの延伸速度と実質的に等しいように、回転駆動速度が確実に制御されていることが重要である。
上述の従来の方法において、ファイバは回転しない。むしろ、ローラの中心を通過する各々のローラの回転軸は、互いに平行に、ファイバに対して垂直に保持されて、ファイバがその軸の周りに回転しないようにしている。ローラの非平行により生じるファイバ回転速度、またはスピン速度を調査することにより、ローラおよびファイバの回転軸の間に形成された角度ψ、およびファイバの半径ａにより測定されたローラの角アライメントに対する単位長さ当たりの角回転（ラジアン／ｍ）の単位の回転速度Ωに関係する以下の数式：
（１）  Ω＝（ｓｉｎψ）／ａ
または、回転／ｍで表した、
（２）  Ω＝（ｓｉｎψ）／２πａ
が示される。
ローラが平行であり、各々の軸がファイバに対して垂直である場合、ファイバは回転されない。一つのローラだけが平行位置からはずれている場合、ファイバは回転し、ローラに沿ったその位置がそのローラの端部に向かって移動する。ファイバは、ローラとファイバとの間のより小さな角の方向に移動する。しかしながら、両方のローラがファイバに対して同一の角度だけ反対方向にはずれている場合には、ファイバは回転するが、ローラに沿った位置は一定のままである。このように、本発明の特徴は、二つのローラを使用することにあり、そのローラの各々は、ファイバと摩擦的にかみ合い、好ましくはファイバにより駆動される。その結果、ファイバは、その垂直通路から動かされずに回転させられることもある。
本発明の感度を説明するために、ファイバの半径「ａ」は典型的に約125マイクロメートル（1.25×10-4メートル）、すなわち、250マイクロメートルの直径を有するプラスチック被覆光ファイバである。上述した方程式(2)において「ａ」のこの値（175マイクロメートル）を代入すると、ψ＝１度では、Ω＝22.6回転／メートルとなる。このように、角ψにおける小さな変化により大きな回転が導入されることが分かる。0.007度未満の角精度が、50,000段／回転の分解能を有するマイクロステッピングモータで容易に達成できる。
図１は、本発明の好ましい実施の形態を示している。単一モード光ファイバ106が、実質的に一定の延伸速度で、実質的に均一な直径を有する加熱されたガラスプレフォーム100から延伸されている。ファイバ106は、互いに等しく反対に回転する、二つのローラ102および104の間を通過する。ローラ102および104の回転は、駆動されていてもよいが、好ましくは自由に回転する。制御機構は、特定の回転を与えるのに必要なだけローラ102および104の角アライメントを変調するように設けられている。角アライメントは、ファイバとローラの回転軸との間で測定される。いかなる所定の時間でも、各々のローラは、ファイバと各々のローラの回転軸との間で測定された角が、大きさが等しく、方向が反対となるように平行位置からはずれる。一方のローラが、常に等しい角速度および他方からの反対方向の角アライメントを有するので、ファイバ中に導入される回転速度の方向は、一方のローラが角アライメントの方向を反対にするときに反対となる。
ローラの角アライメントが変化することにより、ファイバの延伸工程中にファイバが縦軸の周りに回転する。ファイバに与えられる回転Ωは、上述した方程式に示されるように、ローラの軸の間の角度に比例する。このように、ファイバに与えられる回転は、ローラの変調により容易に制御できる。
本発明の特定の実施の形態を検討するために、図２は、ローラ104の上面図を示している。好ましくは、ローラ表面は、ポリウレタンのようなエラストマー材料により被覆されて、被覆ファイバへの損傷を防ぎ、ローラの真円度における小さな誤差のため余裕をとる。この材料の硬度は、表面が、ファイバがその上を通過するときに弾性的に変形するように選択される。これによって、スプリング状機構が提供され、ローラと延伸されるファイバとの間の緊密な接触を確実にする手段が提供される。
ローラがその上を自由に回転するシャフト108がローラ104を通って延在している。シャフト108の対向端部が、その中央で、ステッパモータ114中に延在するシャフト112に接続されたヨーク107に接続されている。このように、ステッパモータ114が制御パルスを受信すると、シャフト104が、パルスの極性により決定される方向に回転し、回転の大きさが、パルスの数により決定される。モータ114には、シャフトの各配向を示す出力信号、すなわち、初期に受信したパルスに応答して回転した度および方向を提供する手段を備えてもよい。ローラ102は、同様な形状であり、同様のヨークおよびシャフトにより対応するモータに接続されている。
ここで、図３を参照する。この図面には、本発明を実施する制御装置および方法並びにファイバに回転を与えるローラの使用が示されている。より詳しくは、図３に示された本発明の実施の形態により反映される制御計画は、その特性のうちの一つ、すなわち、その長さの関数である所望の回転をファイバに与える能力を示している。図３には、ローラ102と104の間を通り、それらと摩擦的にかみ合う代表的なファイバ106が示されている。これらのローラは、図２に示したように構成され、配置されている。すなわち、それらが回転するそれぞれのシャフトが、アーム112および116により、それぞれのモータ114と118に接続されている。また、図３には、従来の延伸速度制御装置120も機能的に示されている。操作において、制御装置120は、ファイバ延伸速度測定装置から得られ、ファイバの瞬間速度を示す信号122を受信する。制御装置120には、所望のファイバ速度ＶDもまた供給される。次いで、制御装置120は、ＶA＝ＶDとなるように、延伸速度の所望の変化を示す出力124（ΔＶ）を提供する。
図示したように、信号ＶAを伝送する信号ラインが、積分器128に接続され、提供されている。この積分器は、ある任意の時間、ｔ＝０に関して延伸されるファイバの長さを示す信号の形態にある出力を提供する。
どのよにして本発明が用いられるかの実施例として、ファイバに与えられる回転が、長さの関数として正弦曲線的に変化することが望ましいものとする。長さの関数としての回転の所望の変数がコンピュータ130に入力され、このコンピュータは、入力として、ファイバ延伸装置により実際に延伸されたファイバの長さを示す信号129を受信する。指定された関数関係、例えば、ΩD＝ｓｉｎＬAを用いて、計算要素130が所望の回転速度ΩDを計算する。この出力信号を計算要素（コンピュータであってもよい）132に提供する。
前述したように、ファイバに与えられる回転に関する本発明の二重ローラ装置の作動を、方程式Ω＝（ｓｉｎψ）／ａにより記載してもよい。並べ換えることにより、この方程式は、
ψ＝ｓｉｎ-1（Ωａ）
となるのが分かる。
このように、この関数は、計算要素132に提供される。この計算要素は、信号131を受信して、次いで、必要な角度ψを計算して、所望の瞬間回転を得る。これは、フィードバック制御装置が用いられる場合、加算分岐点138に供給されることもある出力136として提供される。この加算分岐点は、サイズＡのシャフト112の実際の配置を示すフィードバック信号142も受信する。加算分岐点の出力144は、その極性を単純に反対にする倍率器146に提供される。それによって、制御信号Δψおよび−Δψが、それぞれ、モータ114と118およびローラ104と102に提供され、角再配置を経験し、それによって所望の回転速度Ｄがファイバに加えられる。
上述した記載において、ファイバの直径ａが一定のままであるとした。しかしながら、本発明によれば、ほとんどの延伸物に見られる従来のファイバ直径測定装置が接続され、図３の点線により示されるように、計算要素132に提供され、示された方程式の計算に含まれる信号152が提供されることもある。
理解されるように、本発明を実施することにより、ファイバに与えられる瞬間回転の精密な制御が行われる。
制御機構は、好ましくは二つのモータを備えたプログラマブル制御装置である。ここで、第一のモータはローラ102に接続され、第二のモータはローラ104に接続されている。第一のモータは、ローラの回転軸とファイバとの間で測定されるローラ102の角アライメントを制御する。同様に、第二のモータは、ローラの回転軸とファイバとの間で測定されるローラ104の角アライメントを制御する。好ましくは、本発明ではステッパモータを使用する。パルス型回路が各々のモータに接続されて、モータを動かしている。回転当たりに必要とされるパルスの数が大きければ大きいほど、モータおよびローラの角アライメントの制御が大きくなる。パルス型回路は、プログラマブル装置からの出力により駆動されてもよい。
このように、延伸工程中にファイバに制御可能で予測可能な回転を与えることにより、ＰＭＤを減少させる方法を提供する。特定の説明のための実施の形態を記載してきたが、当業者には、制限ではなく説明の目的を意図した開示されている実施の形態以外の形態により本発明を実施しても差し支えなく、本発明は、以下の請求の範囲のみによって限定されることが理解されよう。
【図１】
0003714682.tif 000002
【図２】
0003714682.tif 000003
【図３】
0003714682.tif 000004