(57)【要約】【課題】  伝播ロスが小さく、機械的強度の高い光ファイバを製造することができる光ファイバ製造方法を提供する。【解決手段】  結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォーム１１を線引炉１２に送り込んで軟化させて光ファイバ１３を線引きする光ファイバの製造方法であって、線引炉１２のピーク温度がＴｘ＋５５℃以下であり、線引炉１２内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォーム１１の滞在時間が、１５分以下である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォームを線引炉に送り込んで軟化させて光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、
線引炉のピーク温度がＴｘ＋５５℃以下であり、
線引炉内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域における前記プリフォームの滞在時間が、１５分以下であることを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項２】
結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォームを線引炉に送り込んで軟化させて光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、
プリフォームの先端部を線引炉内の温度がピーク温度となる点よりも下方に配置し、
プリフォームの当該ピーク温度となる点に位置する部分を軟化させ、
当該軟化された部分よりも下方のプリフォーム下端部分を垂下させ、
当該垂下したプリフォーム下端部分と、前記ピーク温度となる点よりも上方に位置し且つ軟化していないプリフォームの上方部分との間に形成された糸状体を巻き取って光ファイバを線引きすることを特徴とする光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリフォームを加熱軟化させながら線引きして得られた光ファイバの伝播ロス、機械的強度等は、光ファイバ中に残留した歪や傷などの欠陥に影響される。そこで、従来から、光ファイバ中に残留する欠陥を除去するために、線引炉の上部にアニール用ヒータを設けてプリフォームから歪や傷を除去する方法（例えば、特許文献１参照。）や、軟化温度以上に加熱されるプリフォーム長さと線引き速度との関係が所定の条件を満足するように線引きする方法（例えば、特許文献２参照。）や、プリフォームの直径と線引炉の長さとの関係が所定の条件を満足するように線引きする方法（例えば特許文献３参照）等が知られている。
【特許文献１】特開平４−１９８０３６号公報
【特許文献２】特公平８−９４９０号公報
【特許文献３】特開２００２−２４９３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光通信においては、一般に、長距離伝送による伝播ロスや通信デバイスによる損失を補填するために光増幅器が必要とされる。このような光増幅器として、ファイバ中にエルビウムをドープしたファイバアンプ（ＥＤＦＡ：Ｅｒｕｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や、ツリウムをドープしたファイバアンプ（ＴＤＦＡ：Ｔｈｕｌｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等がある。また、光の出し入れを行う部分には光スイッチが必要であり、例えば非線形ファイバによるファイバスイッチが提案されている。そして、このようなファイバアンプや非線形ファイバには石英系ガラス光ファイバが一般的に用いられている。
【０００４】
近年、増加する伝送容量に対応するため波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信方式が実用化されつつあり、さらなる伝送容量の増加に対応するために、通信波長帯域の広帯域化を可能とするファイバアンプや、効率よくスイッチ等が行えるように非線形性を大きくした高非線形ファイバが求められている。
【０００５】
このような要求を満足する光ファイバの一つに、１．８以上の高い屈折率を有するビスマス系ガラス光ファイバがある。しかしながら、ビスマス系ガラスは、結晶化温度が低く且つ結晶化速度が大きいため、上記の特許文献１〜３に記載されているような従来の石英系ガラス光ファイバを対象とした線引き方法を適用した場合に、プリフォーム中に結晶物が析出してしまい、このようなプリフォームから線引きされた光ファイバにおいても光ファイバ中に結晶物が残留して光ファイバの伝播ロスや機械的強度が悪化する虞があった。
【０００６】
また、プリフォームから光ファイバを線引きする際に、一般的には、加熱軟化されたプリフォームの先端部から光ファイバと同程度に細径化された糸状体を引き出し、この糸状体を巻取ボビンに巻き取って線引きを開始する。上記の特許文献１〜３のいずれにも、この糸状体の引き出しについて記載されていないが、プリフォームを所定の径に加熱延伸する際に一般的に用いられる方法が転用されることが考えられる。即ち、加熱軟化されたプリフォームの先端部を治具を用いて保持し、この治具により保持されたプリフォームの先端部を線引炉内の温度がピーク温度となる点よりも下方に配置し、プリフォームのピーク温度となる点に位置する部分を軟化させながらプリフォームの先端部を治具により機械的に引き下げ、プリフォームの先端部と前記ピーク温度となる点よりも上方に位置し且つ軟化していないプリフォームの上方部分との間に糸状体を引き出すことが考えられる。
【０００７】
しかし、治具を用いて機械的に引き下げる際に、治具によるプリフォームの先端部の非均一な保持、治具を駆動する駆動装置の振動などが原因となり、プリフォームに作用する応力に偏りが生じ、プリフォームに歪が発生する虞があった。そして、このようなプリフォームから線引きされた光ファイバにおいても光ファイバ中に歪が残留して光ファイバの伝播ロスや機械的強度等が悪化する虞があった。
【０００８】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝播ロスが小さく、機械的強度の高い光ファイバを製造することができる光ファイバ製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、結晶化温度以上に加熱されたプリフォームが受ける熱エネルギ量に応じてプリフォームの結晶化が進行することに着目し、上述した目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、プリフォームの結晶化温度と線引炉のピーク温度との関係、並びに、線引炉内でのピーク温度を基準とした特定の温度領域におけるプリフォームの滞在時間が所定の条件を満たす場合に、プリフォームの結晶化を抑制しつつプリフォームを加熱軟化させながら線引きすることが可能となることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明にかかる光ファイバ製造方法は、結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォームを線引炉に送り込んで軟化させて光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、線引炉のピーク温度がＴｘ＋５５℃以下であり、線引炉内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域における前記プリフォームの滞在時間が、１５分以下であることを特徴としている。
【００１１】
このように構成された光ファイバ製造方法においては、線引炉のピーク温度をＴｘ＋５５℃以下の温度に抑え、線引炉内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォームの滞在時間を１５分以下に抑えることにより、プリフォームの結晶化を抑制しつつプリフォームを加熱軟化させながら線引きすることが可能となり、線引きされた光ファイバの機械的強度を向上させると共に、伝播ロスの低減を図ることができる。上記の滞在時間は、好ましくは１０分以下とされる。
【００１２】
また、本発明者らは、光ファイバの伝播ロスの一層の低減および光ファイバの機械的強度のさらなる向上を果たすために、光ファイバを線引きするに至るまでにプリフォームに作用する応力の均一な分散を図り、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明にかかる光ファイバ製造方法は、結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォームを線引炉に送り込んで軟化させて光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、プリフォームの先端部を線引炉内の温度がピーク温度となる点よりも下方に配置し、プリフォームの当該ピーク温度となる点に位置する部分を軟化させ、当該軟化された部分よりも下方のプリフォーム下端部分を垂下させ、当該垂下したプリフォーム下端部分と、前記ピーク温度となる点よりも上方に位置し且つ軟化していないプリフォームの上方部分との間に形成された糸状体を巻き取って光ファイバを線引きすることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された光ファイバ製造方法においては、プリフォームの先端部を線引炉内の温度がピーク温度となる点よりも下方に配置し、軟化された部分よりも下方のプリフォーム下端部分を自重によって引き落として線引きを開始している。これにより、プリフォームに不要な応力を作用させることなく、且つ、プリフォームに作用する応力を均一に分散させ、プリフォームに歪が発生することを防止することができ、線引きされた光ファイバの機械的強度を向上させると共に、伝播ロスの低減を図ることができる。
【００１５】
尚、プリフォームは典型的には組成の異なるガラス材料から形成されたコアガラスとクラッドガラスとから構成されており、プリフォームの結晶化温度Ｔｘは、コアガラスの結晶化温度Ｔｘcoreまたはクラッドガラスの結晶化温度Ｔｘcladのいずれか低い方とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、線引きされた光ファイバの機械的強度を向上させ、且つ、伝播ロスを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の光ファイバ製造方法に用いられる光ファイバ製造装置を示す概略構成図、図２は図１に示される加熱炉の断面図、図３（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施形態に係る光ファイバ製造方法の工程を説明するための概略図である。
【００１９】
図１に示されるように、光ファイバ製造装置１０は、プリフォーム１１を内部に挿入されてプリフォーム１１を加熱する線引炉１２と、線引炉１２内において加熱軟化されたプリフォーム１１から線引きされた光ファイバ１３の外径を測定する線径測定器１４と、線引きされた光ファイバ１３にＵＶ硬化型樹脂をコーティングする樹脂コーティング手段１５と、コーティングされたＵＶ樹脂を硬化させるＵＶ照射装置１６と、光ファイバ１３を所定の速度（張力）で引っ張って巻き取る巻取ボビン１７と、を備えている。
【００２０】
図２に示すように、線引炉１２は、プリフォーム１１を挿入される縦型管状の炉心管１２ａと、炉心管１２ａの軸方向中央部の外周面に巻着された発熱体１２ｂと、炉心管１２ａおよび発熱体１２ｂの外周面を覆う断熱材１２ｃと、断熱材１２ｃの外周を取り囲む炉体１２ｄと、を有している。
【００２１】
プリフォーム１１は、不図示の保持手段により上端部を保持されて徐々に降下され、線引炉１２の炉心管１２ａの上側開口から炉心管１２ａ内に送り込まれる。炉心管１２ａに供給されたプリフォーム１１は加熱軟化されて、光ファイバ１３へと線引きされる。線引きされた光ファイバ１３は、樹脂コーティング手段１５によってＵＶ樹脂をコーティングされ、ＵＶ照射装置１６からのＵＶ光を受けてコーティングされたＵＶ樹脂が硬化した後、巻取ボビン１７に巻き取られる。
【００２２】
次に、本発明にかかる光ファイバ製造方法の第１実施形態について説明する。
【００２３】
本実施形態の光ファイバ製造方法は、結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォーム１１を線引炉１２に送り込んで軟化させて光ファイバ１３を線引きするものであり、線引炉１２のピーク温度がＴｘ＋５５℃以下であり、線引炉１２内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォーム１１の滞在時間が、１５分以下であることを特徴としている。
【００２４】
即ち、Ｔｘが１０００℃以下の、例えばビスマス系ガラスからなるプリフォーム１１を上述した製造装置１０を用いて線引きする際に、線引炉１２のピーク温度がＴｘ＋５５℃以下となるように、線引炉１２の発熱体１２ｂの発熱量を制御する。尚、線引炉１２のピーク温度の下限は典型的にはプリフォーム１１のガラス転移点＋７０℃以上である。そして、プリフォーム１１の各点について、線引炉１２でのピーク温度となる点（発熱体１２ｂの近傍）から上方に向かって、このピーク温度との差が３０℃以内の温度領域に滞在する時間が１５分以下となるように、プリフォーム１１の降下速度（送り速度）を制御する。
【００２５】
プリフォーム１１は、その直径が１２ｍｍ以下であることが好ましい。直径が１２ｍｍより大きいと、プリフォーム１１が充分に軟化されずに歪が残存する虞があり、この歪を除去するために線引炉１２のピーク温度を上げざるをえず、これにより結晶物が析出して、線引きされた光ファイバ１３の伝播ロスや機械的強度が悪化する虞があるためである。より好ましくは、プリフォーム１１の直径は１０ｍｍ以下とされる。
【００２６】
このように構成された光ファイバ製造方法においては、プリフォーム１１は、その粘度ηが１０９ポアズとなる温度以上に線引炉１２内において加熱され、光ファイバ１３へと線引きされる。尚、光ファイバ１３の外径（クラッド径）は、典型的には７０μｍ〜２００μｍである。
【００２７】
次に、図３を参照して、本発明に係る光ファイバ製造方法の第２実施形態について説明する。
【００２８】
本実施形態の光ファイバ製造方法は、結晶化温度Ｔｘが１０００℃以下のプリフォーム１１を線引炉１２に送り込んで軟化させて光ファイバ１３を線引きするものであり、プリフォーム１１の先端部を線引炉１２内の温度がピーク温度となる点よりも下方に配置し、プリフォーム１１の当該ピーク温度となる点に位置する部分を軟化させ、当該軟化された部分よりも下方のプリフォーム下端部分を垂下させ、当該垂下したプリフォーム下端部分と、前記ピーク温度となる点よりも上方に位置し且つ軟化していないプリフォーム１１の上方部分との間に形成された糸状体を巻き取って光ファイバ１３を線引きすることを特徴としている。
【００２９】
即ち、Ｔｘが１０００℃以下の、例えばビスマス系ガラスからなるプリフォーム１１を、上述した製造装置１０を用いて線引きする際に、まず、図３（Ａ）に示すように、プリフォーム１１の先端部１１ａを線引炉１２内に挿入する。尚、線引炉１２内の上部において予熱しておくことが好ましい。続いて、図３（Ｂ）に示すように、プリフォーム１１の先端部１１ａを線引炉１２内の温度がピーク温度となる点（発熱体１２ｂの近傍）よりも下方に配置し、プリフォーム１１のピーク温度となる点に位置する部分を加熱軟化させる。そして、図３（Ｃ）に示すように、当該軟化された部分よりも下方のプリフォーム下端部分１１ｂを垂下させる。このとき、プリフォーム下端部分１１ｂとピーク温度となる点よりも上方に位置し、且つ軟化していないプリフォーム１１の上方部分１１ｄとの間には括れ部（ネックダウン部）１１ｃが形成され、プリフォーム下端部分１１ｂが垂下するに伴い、この括れ部１１ｃは徐々に細径化され、光ファイバ１３と同程度に細径とされた糸状体が形成される。最後に、図３（Ｄ）に示すように、この糸状体を巻取ボビン１７に巻き付け、所定の速度でプリフォーム１１を線引炉１２内に送り込むと共に、所定の速度（張力）で巻取ボビン１７に巻き取って、光ファイバ１３を線引きする。
【００３０】
尚、本実施形態の光ファイバ製造方法において、線引炉１２のピーク温度をＴｘ＋５５℃以下の温度とし、線引きを開始するまでに線引炉１２内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォーム１１の上方部分１１ｄの滞在時間を１５分以下とすることが好ましい。これにより、線引炉１２内に挿入されたプリフォーム１１の上方部分１１ｄの結晶化を防止して、この上方部分１１ｄから線引きされた光ファイバ１３の伝播ロスや機械的強度を一層向上させることができる。
【００３１】
本発明の光ファイバ製造方法は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
【００３２】
例えば、上述した各実施形態において、プリフォーム１１は、典型的には屈折率の高いコアガラスと、コアガラスの外周に年輪状に積層された屈折率の低いクラッドガラスとから構成されるが、コアガラスおよび／またはクラッドガラスは複数の層から構成されていてもよい。また、コア部分が空気であるもの、あるいはプリフォーム１１の中に穴が開いているホーリー構造のものでもよく、特定のプリフォームに限定されない。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。尚、以下の説明において、プリフォームを形成するガラス材料のガラス転移点をＴｇ、粘度ηが１０９ポアズとなる温度をＴ９、粘度ηが１０７ポアズとなる温度をＴ７、粘度ηが１０５ポアズとなる温度をＴ５、５０〜３５０℃における平均線膨張係数をα、波長１５５０ｎｍに対する屈折率をｎと表記する。
【００３４】
実施例１〜３および比較例１〜３の光ファイバは、それぞれ、Ｂｉ２０３−Ｓｉ０２−Ａｌ２０３−Ｇａ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−ＣｅＯ２−Ｅｒ２Ｏ３系コアガラス（Ｔｘcore＝５５３℃、Ｔｇ＝４８９℃、Ｔ９＝５３６℃、Ｔ７＝５７１℃、Ｔ５＝６２３℃、α＝８５×１０−７℃−１、ｎ＝２．０３）と、Ｂｉ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ａl２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−ＣｅＯ２系クラッドガラス（Ｔｘclad＝５５７℃、Ｔｇ＝４９１℃、Ｔ９＝５３８℃、Ｔ７＝５７３℃、Ｔ５＝６２５℃、α＝８５×１０−７℃−１、ｎ＝２．０２）とからなるプリフォームを線引きしたものであり、外径（クラッド径）１２５μｍのシングルモード光ファイバである。
【００３５】
尚、上記のコアガラスおよびクラッドガラスの結晶化温度は示差熱分析（ＤＴＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）によるものであり、下記の条件において測定したものである。
装置          ：セイコーインスツル株式会社製  ＴＧ／ＤＴＡ６３００
試料粉末の粒系：１０５〜４４μｍ
試料量        ：１６０ｍｇ
昇温速度      ：１０℃／分
標準試料      ：アルミナ
【００３６】
そして、実施例１〜３および比較例１〜３の光ファイバは、プリフォームの結晶化温度Ｔｘ（実施例１〜３および比較例１〜３においてはＴｘcore＜Ｔｘcladであるので、Ｔｘ＝Ｔｘcore＝５５３℃となる。）と線引炉のピーク温度Ｔとの関係、並びに、線引炉内でのピーク温度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォームの滞在時間を種々に変えて線引きされたものである。
【００３７】
代表的に実施例２を例にとり、光ファイバの製造過程を説明する。
プリフォームの直径はｌ０ｍｍであり、炉心管の内径が２４ｍｍの線引炉を用いて線引きを行った。線引炉のピーク温度Ｔは６０６℃（＜６０８℃（５５３℃＋５５℃））であった。また、線引炉内のピーク温度Ｔとなる点から上方に向かってピーク温度Ｔとの差が３０℃となるまでの距離Ｌは１２ｍｍであり、送り速度１.５ｍｍ／分でプリフォームを線引炉内に挿入した。従って、線引炉内でのピーク温度Ｔとの差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォームの滞在時間は８．０分となる。そして、光ファイバの外径が１２５μｍとなるように引き速度は９．６ｍ／分で線引きした。尚、第２実施形態において述べたように、プリフォームの下端部分を垂下させて光ファイバの線引きを開始した。
【００３８】
実施例１〜３および比較例１〜３のプリフォームの直径、線引炉のピーク温度Ｔ、ピーク温度Ｔとの差が３０℃となるまでの距離Ｌ、送り速度、滞在時間、引き速度を表１に示す。
【００３９】
以上のように線引きして得られた実施例１〜３および比較例１〜３の光ファイバを適当な長さに切断し、図４に示す強度試験装置３０を用いて引張り強度(破断強度)を測定した。即ち、光ファイバの両端を保持間隔Ｗ＝１７ｃｍで保持し、一方の端部を速度Ｖ＝６０ｍｍ／分で引いた際に、光ファイバが切断した時の強度を引張り強度とした。また、実施例１〜３および比較例１〜３の光ファイバの伝搬ロスをカットバック法により求めた。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2006111461.tif 000003
【００４１】
表１に示される通り、実施例１〜３の光ファイバは、比較例１〜３の光ファイバに比べて、いずれも破断強度、即ち機械的強度が高く、また伝搬ロスが小さくなっていることが確認された。
比較例１は、線引炉内でのピーク温Ｔ度との差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォームの滞在時間が１６．７分（＞１５分）であり、プリフォームの結晶化が進行して光ファイバ中に結晶物が残留しているために、光ファイバの破断強度が低下したものである。
比較例２は、線引炉内でのピーク温度Ｔが６１７℃（＞６０８℃（５５３℃＋５５℃））であり、プリフォームの結晶化が進行して光ファイバ中に結晶物が残留しているために、光ファイバの破断強度が低下し且つ伝播ロスが増加したものである。
比較例３は、線引炉内でのピーク温度Ｔが６１１℃（＞６０８℃（５５３℃＋５５℃））であり、且つ、線引炉内でのピーク温度Ｔとの差が３０℃以内の温度領域におけるプリフォームの滞在時間が２０．８分（＞１５分）であり、プリフォームの結晶化が進行して光ファイバ中に結晶物が残留しているために、光ファイバの破断強度が低下し且つ伝播ロスが増加したものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係る光ファイバ製造方法は、結晶化温度の低いプリフォームから線引きされた光ファイバの機械的強度を増すと共に伝播ロスの低減を図ることができるという効果を有し、１．８以上の高い屈折率を有する光ファイバを製造する光ファイバ製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の光ファイバ製造方法に用いられる光ファイバ製造装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示される加熱炉の断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施形態に係る光ファイバ製造方法の工程を説明するための概略図である。
【図４】光ファイバの破断強度を測定するための試験装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１    プリフォーム
１２    線引炉
１２ａ  炉心管
１２ｂ  発熱体
１２ｃ  断熱材
１２ｄ  炉体
１３    光ファイバ
１７    巻取ボビン
【図１】
2006111461.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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