CN100369837C - 光导纤维扭曲的测定方法及光导纤维的制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

对光导纤维母材1进行拉丝形成光导纤维3时，使光导纤维3产生扭曲。利用扭曲测定装置4从垂直于该光导纤维3的行进方向的平面内的两个不同的方向、沿光导纤维的长度方向连续地测定光导纤维3的外径，由此测定光导纤维3的扭曲。

Description

光导纤维扭曲的测定方法及光导纤维的制造方法及装置
技术领域
本发明涉及为了获得偏振模式分散小的光导纤维、在制造光导纤维时使光导纤维产生扭曲的方法中能测定光导纤维的扭曲状态的方法及装置。
本申请是按照日本国的专利申请(特愿平11-135043号及特愿2000-128307号)提出的，该日本申请的记载内容作为本说明书的一部分取入。
背景技术
迄今，提出了一种在对石英系列玻璃构成的圆柱形的光导纤维母材进行拉丝制造光导纤维时通过使光导纤维产生扭曲来获得偏振模式分散(PMD)小的光导纤维的方法。
例如，在特开平8-59278号公报中提出了一边使光导纤维母材高速旋转一边拉丝的方法。
在特开平8-295528号公报中公开了这样一种方法，即利用往复运动的摇动导辊，对在光导纤维上形成了涂敷层后的光导纤维线进行导向，以便使其沿旋转轴方向的倾斜变化，然后通过利用旋转轴被固定了的导辊进行导向，使光导纤维线束产生扭曲。
在特开平9-2834号公报中公开了这样一种方法，即利用转轴方向与周面之间的角度沿周向变化的辊，对在光导纤维上形成了涂敷层后的光导纤维线进行导向，使光导纤维线产生扭曲。
在特开平10-507438号公报中提出了这样一种方法，即将形成了涂敷层后的光导纤维夹在互相沿相反的方向旋转的两个滚筒之间，在此状态下，通过使这两个滚筒沿与光导纤维的长度方向垂直的方向在相反的方向上进退，对光导纤维施加扭曲。
可是，这样一边施加扭曲一边制造的先导纤维的PMD特性由光导纤维的扭曲状态决定，例如由在一定长度的光导纤维中朝哪个方向扭曲多少次来决定。可是，关于测定赋予光导纤维扭曲的状态的方法，还未提出任何方案。因此，以往是根据光导纤维母材的旋转数和滚筒的移动速度等制造条件，算出表现旋转数等，再根据表观旋转数进行推测而获得光导纤维的扭曲状态。可是，表观旋转数和实际的旋转数(实际旋转数)未必一致，现有的方法缺乏准确性。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，目的在于能准确地测定一边施加扭曲一边制造的光导纤维的实际的扭曲状态。
发明的公开
本发明的光导纤维的扭曲测定方法的特征在于：从垂直于光导纤维的长度方向的平面内的两个不同的方向、沿该光导纤维的长度方向连续地测定光导纤维的外径。
本发明的光导纤维的扭曲测定装置的特征在于备有：从垂直于光导纤维的长度方向的平面内的两个不同的方向、沿该光导纤维的长度方向连续地测定光导纤维的外径的装置。
本发明的光导纤维的制造方法的特征在于包括：对光导纤维母材进行拉丝，形成光导纤维的工序；使该光导纤维产生扭曲的工序；以及从垂直于该光导纤维的行进方向的平面内的两个不同的方向连续地测定该光导纤维的外径的工序。
本发明的光导纤维的制造装置的特征在于备有：对光导纤维母材进行拉丝，形成光导纤维的装置；使该光导纤维产生扭曲的装置；以及从垂直于该光导纤维的行进方向的平面内的两个不同的方向连续地测定该光导纤维的外径的装置。
附图的简单说明
图1是表示本发明的光导纤维的制造装置的第一实施例的简略结构图。
图2表示本发明的拉丝工序，图2(A)是夸张地表示弯月面部的说明图，图2(B)是表示光导纤维的非圆状态的说明图。
图3是表示用本发明的扭曲测定装置获得的测定结果的例的曲线图。
图4是表示用本发明的扭曲测定装置获得的另一测定结果的例的曲线图。
图5是表示本发明的光导纤维的制造装置的第二实施例的简略结构图。
图6是表示本发明的实施例的测定结果的例的曲线图。
图7是表示本发明的实施例的测定结果的例的曲线图。
实施发明用的最佳形态
以下，详细说明本发明。
图1是表示适合于实施本发明的光导纤维的制造方法的装置的第一实施例的简略工序图，图中符号1是光导纤维母材。另外图2是表示光导纤维母材1的拉丝工序。
本实施例的装置备有：加热炉2、扭曲测定装置4、涂敷装置5、涂敷层同心性监视器6、紫外线光源装置7、外径测定装置8、滚筒9以及导向滑轮10。另外，作为使光导纤维产生扭曲的装置，设置了使光导纤维母材1高速旋转的装置(图中未示出)。
为了用本实施例的装置制造光导纤维，首先一边使光导纤维母材1高速旋转，一边垂直地插入加热炉2内加热、熔融并进行拉丝，形成产生了扭曲的光导纤维3。光导纤维母材1的旋转方向经常保持一定。
通过拉丝形成的光导纤维3被导入扭曲测定装置4。只要扭曲测定装置4备有从垂直于光导纤维3的行进方向的平面内的两个不同的方向同时测定形成了涂敷层之前的光导纤维3的外径的装置，则能采用任意的结构。利用这里的测定结果，采用后面所述的测定方法，能测定光导纤维3上产生的扭曲的状态。
通过了扭曲测定装置的光导纤维3为了防止受损伤，立即涂敷，构成光导纤维线束11。即光导纤维3被导入涂敷装置5中，通过该装置后，在光导纤维3的周围涂敷紫外线硬化型树脂。接着，通过涂敷层同心性监视器6时，监视树脂厚度的均匀性，然后通过紫外线光源装置7时，照射紫外线使树脂硬化，形成一次涂敷层。
在光导纤维3上形成了一次涂敷层的光导纤维线束11通过外径测定装置8时，测定其外径，然后利用滚筒9以及导向滑轮10等进行引导，缠绕在绕线架(图中未示出)上。
其次，说明本发明的扭曲测定方法。
本发明的扭曲测定方法是利用通过拉丝形成的光导纤维3的断面并非真正的圆形而稍微呈非圆形的情况的方法。即，光导纤维3的断面呈圆形是理想的，但实际上呈非圆率为0.1～0.5％左右的非圆形。非圆率由下式定义：
(长直径-短直径)/长直径×100(％)
所以光导纤维3的断面的长直径和短直径的差为0.1～0.6微米左右。作为光导纤维3呈非圆形的理由可以举出：在技术上不可能使光导纤维母材1形成真正的圆形，光导纤维母材1本身稍微呈非圆形以及拉丝时使用的加热炉2的温度分布并非完全轴对称。
本发明者发现在图2(A)所示的拉丝工序中，如本实施例所示，在一边施加扭曲一边拉丝的情况下，在光导纤维母材1的温度为最高温度的弯月面下部B处产生光导纤维3的扭曲，以及在弯月面下部B的上方的弯月面上部A处基本上确定了光导纤维3的非圆状态。
就是说光导纤维3在拉丝工序中确定了非圆状态后产生扭曲。因此，在图2(B)中夸张地示出了光导纤维3的断面的非圆状态，光导纤维3的断面的长直径方向沿光导纤维3的长度方向在轴的周围逐渐旋转地变化。
因此，如果将测定位置固定，沿长度方向连续地监视行进的光导纤维3的外径，则如图3所示，外径的测定值呈波形曲线。在图3中，纵轴表示外径测定值。另外横轴表示时刻，即表示光导纤维3的长度。这样获得的波形曲线的振幅是光导纤维3的断面上的长直径和短直径的差，周期表示扭曲旋转半周的长度。
在本实施例中，在扭曲测定装置4中使用两个外径测定装置(设为C、D)，从垂直于光导纤维3的行进方向(长度方向)的一个平面内两个不同的方向，测定光导纤维3的外径。从两个方向同时进行测定。例如，在由两个外径测定装置产生的测定方向所构成的角度θ为45°的情况下，各个装置的外径测定值如图3中的实线及虚线所示变化。在图3中实线表示装置C的测定结果，虚线表示装置D的测定结果。
如果假定在光导纤维3上未产生扭曲，虽然装置C的外径测定值和装置D的外径测定值将成为不同的值，但都不随时间变化，曲线将成为平行于横轴的两条直线。
另外如果假定光导纤维3并非非圆形，而是真正的圆形的话，那么在光导纤维3上产生扭曲时和不产生扭曲时，装置C的外径测定值和装置D的外径测定值都是相同的值，而且不随时间变化。因此曲线成为平行于横轴的一条直线。
在本实施例中，获得了如图3所示的两个波形沿横轴方向错开的形状的曲线，所以采用各种方法求两个波形的相位差，从而求得光导纤维3的扭曲的旋转方向及实际旋转数。
例如，有这样的方法，即对外径测定值进行微分，求出表示最大值的点(峰值)的时刻并进行比较。即，如果将装置C的测定结果的峰值时刻从先出现的一方开始作为C1、C2，将装置D的测定结果的峰值时刻从先出现的一方开始作为D1、D2，则C2-C1或D2-D1表示扭曲旋转半周的时间。如果将它乘以光导纤维3的行进速度(拉丝速度)，就能知道扭曲旋转半周的长度。另外能用一定长度的光导纤维3上的扭曲旋转数表示。
另外，利用一个装置的两个峰值(例如C1、C2)和存在于该两个峰值之间的另一个装置的峰值(例如D1)共三个点，能知道旋转方向。即，在两个测定装置的测定方向构成的角度θ呈锐角的情况下，这三点的间隔中间隔小的一方表示扭曲的旋转方向。例如在图3中，D1-C1比C2-D1小。各峰值是长直径位于各测定装置的测定位置的时刻，所以可知在从图3中的C1到D2之间，伴随光导纤维3的行进，光导纤维3的长直径位置从C1变化到D1，可知扭曲的旋转方向是从装置C的测定位置朝向装置D的测定位置。
另外，在两个测定装置的测定方向构成的角度θ呈钝角的情况下，上述三点的间隔中间隔大的一方表示扭曲的旋转方向。另外，在两个测定装置的测定方向构成的角度θ为90°的情况下，测定结果如图4所示，即使旋转方向不同，但测定结果相同，所以虽然求出实际旋转数，但不能判断旋转方向。另外如果两个测定装置的测定方向构成的角度θ为180°，则两个装置的测定结果一致，所以不能测定扭曲。
因此，如果将两个测定装置的测定方向构成的角度θ设定在0°＜θ＜90°或90°＜θ＜180°范围内，最好设定在25°＜θ＜65 °或115°＜θ＜155°，则能用较为理想的距离获得峰值的间隔，所以适合于求旋转方向。
如果采用本实施例，则由于能准确地测定光导纤维3的扭曲的实际旋转数及旋转方向，所以能准备地识别实际的扭曲状态。利用它能用数值表示光导纤维3的扭曲状态和偏振模式分散的关系，能简单地进行制造偏振模式分散小的光导纤维时的制造条件的设定等。例如，预先改变在光导纤维3上产生扭曲的条件来制造各种光导纤维线束11，测定各光导纤维线束11的PMD以求出扭曲状态和PMD的关系。而且在制造光导纤维线束11时，通过根据光导纤维3的扭曲的测定结果控制产生扭曲的装置，能控制光导纤维线束11的PMD。
另外，本实施例的扭曲测定装置由于能通过将两个外径测定装置附加在现有的光导纤维生产线上进行扭曲的测定，所以装置的结构简单，不会使装置大型化，能容易地实施。
另外在上述实施例中，由于经常使光导纤维母材1的旋转方向一定，所以光导纤维3的扭曲的旋转方向经常一定，但也可以使光导纤维母材1的旋转方向沿顺时针方向和反时针方向交替地变化，如果这样处理，光导纤维3的扭曲的旋转方向会沿长度方向变化。
另外，作为使光导纤维3产生扭曲的方法，采用了拉丝时使光导纤维母材1旋转的方法，但本发明不限于此，在拉丝工序中，只要是光导纤维3的非圆状态大致确定后产生扭曲的方法，则能采用任意的方法。
图5表示适合于实施本发明的光导纤维的制造方法的装置的第二实施例，图5(A)是简略工序图，图5(B)是将图5(A)中的主要部分放大后示出的说明图。在图5中，与图1相同的结构要素标以相同的符号，省略其说明。
本实施例的装置能适合用来例如按照特开平10-507438号中公开的方法制造光导纤维。
图5中，符号21是施加扭曲时用的滚筒，两个滚筒21构成一对，设置成将光导纤维线束23夹在中间。滚筒21设置成使其中心轴垂直于光导纤维线束23的行进方向，旋转时不拉拔行进的光导纤维线束23。另外，如图5(B)中的箭头所示，通过沿滚筒21的中心轴方向使两个滚筒21在相反的方向上进退，在光导纤维13上形成扭曲。
另外虽然图中未示出，但设有对光导纤维母材1进行拉丝用的加热炉。
为了采用本实施例的装置制造光导纤维，首先将光导纤维母材1垂直地插入加热炉内加热，使其熔融并通过拉丝形成光导纤维13。光导纤维母材1不旋转。
通过拉丝形成的光导纤维13在依次通过扭曲测定装置4、涂敷装置5、涂敷层同心性监视器6、紫外线光源装置7的期间内形成涂敷层，构成光导纤维线束23。然后形成了涂敷层的光导纤维线束23从一对滚筒21之间通过，在光导纤维13上形成扭曲。在加热炉中的光导纤维母材1的温度为最高温度的弯月面下部B处产生光导纤维13的扭曲，在确定了光导纤维3的非圆状态的弯月面上部A处不产生扭曲。光导纤维13上的扭曲的实际旋转数由滚筒21的进退运动的速度决定，扭曲的方向由滚筒21的进退运动的周期决定。
因此，将扭曲测定装置4设置在加热炉和涂敷装置5之间，通过从垂直于光导纤维13的行进方向的平面内的两个不同的方向同时测定光导纤维13的外径，能利用上述的扭曲测定方法测定在光导纤维13上产生的扭曲的状态。
即使采用本实施例，也能准确地测定光导纤维13的扭曲的实际旋转数及旋转方向，能获得与上述实施例2相同的效果。
另外，在本发明中，光导纤维的制造装置不限于上述实施例的装置，扭曲测定装置也可以设置在拉丝工序之后而且在树脂涂敷工序之前，能适当地变更。
另外，本发明的扭曲测定方法不只适用于光导纤维，也能适用于测定断面呈非圆形的细长物体的扭曲的情况。另外，从同一平面内的两个方向的测定不一定同时进行，只要能比较同一平面内的测定结果即可。例如，也可以利用一个外径测定装置沿一定长度的被测定物的长度方向，改变角度进行两次测定。在此情况下，将沿长度方向且从一个方向进行测定的结果存储在计算机中，然后，从另一个方向对同一部位进行测定，一边使同一平面内的测定结果相对应，一边进行运算处理，也能测定扭曲。但是，如光导纤维的制造工序所示，在被测定物行进了的情况下，或者如光导纤维那样在拉丝后直接进行涂敷的情况下，由于需要迅速测定以进行运算，所以最好使用两个外径测定装置从两个方向同时进行测定。
另外也可以不是从两个方向，而是从三个以上的方向进行测定，但有可能使运算复杂化。为了知道扭曲的方向和周期(实际旋转数)，从两个方向测定就足够了。
实施例
以下，给出具体的实施例，明确本发明的效果。
(实施例1)
用图1中的装置，一边在光导纤维3上形成扭曲，一边制造了光导纤维线束11。使用备有两个外径测定装置的扭曲测定装置，各个装置的测定方向构成的角度θ为60°。
使在光导纤维3上形成扭曲的条件变为5组(条件a～e)，进行了光导纤维线束11的制造。另外作为参照用，还制造了不产生扭曲的光导纤维线束11。
制造时，用扭曲测定装置4从两个方向测定了外径，利用该测定的结果，采用在上述实施例中说明过的方法，求出了在光导纤维3上产生的扭曲的实际旋转数。用每1m光导纤维的旋转数(单位：rot/m)表示实际旋转数。另外还求出了光导纤维线束11的偏振模式分散的值(PMD)。将这些结果示于下表1中。
另外，在本实施例中，由于通过使光导纤维母材1沿一个方向旋转，在光导纤维3上形成扭曲，所以光导纤维母材1的旋转数和光导纤维3的扭曲的实际旋转数相等。因此，为了进行比较，在表1中同时记载了光导纤维母材1的旋转数作为表观旋转数。
[表1]
条件   表现的旋转数(rot/m)   测定的实际旋转数(rot/m)   PMD(psec/km)
 Ref(没有扭曲)   -   0   0.62
 a   0.02   0.02   0.60
 b   0.5   0.5   0.16
 c   2.3   2.3   0.05
 d   12   12   0.03
e 26 26 0.03
从表1的结果可知，在任一种制造条件下，由于表观旋转数和通过测定获得的实际旋转数相等，所以能准确地测定扭曲的实际旋转数。
另外，还知道实际旋转数在0～12rot/m的范围内，虽然实际旋转数增加，但PMD减小，实际旋转数在12rot/m以上的范围内，PMD没有变。由此可知，在本实施例中，制造光导纤维线束11时，通过控制制造条件，使利用扭曲测定装置4测定的扭曲的实际旋转数在12rot/m以上，能使光导纤维线束11的PMD为最小。另外，在想提高线速度的情况下，通过将制造条件控制在能确保实际旋转数在12rot/m以上的范围内，能有效地制造PMD低的光导纤维。
(实施例2)
用图5中的装置，一边在光导纤维3上形成扭曲，一边制造了光导纤维线束23。扭曲测定装置4的结构与上述实施例1相同。另外，作为光导纤维母材1使用了与上述实施例1的参数不同的参数。
使从加热炉出口到设置滚筒21的位置的距离在3m(滚筒的位置A)、6m(滚筒的位置B)这样两种情况下变化，另外在各个位置处使滚筒21的进退运动的条件变为3种(条件f～h及i～k)，进行了光导纤维线束23的制造。另外作为参照用，还制造了不产生扭曲的光导纤维线束23。如果滚筒21的位置不同，则即使滚筒21的进退运动的条件相同，实际的扭曲状态也会产生差异，这是容易预料的。滚筒21的进退运动的周期保持一定，为0.2秒。
制造时，用扭曲测定装置4从两个方向测定了外径，利用该测定的结果，采用在上述实施例中说明过的方法，求出了在光导纤维13上产生的扭曲的实际旋转数。用每1m光导纤维的旋转数(单位：rot/m)表示实际旋转数。另外还求出了光导纤维线束23的偏振模式分散的值(PMD)。将这些结果示于下表2中。
另外，将滚筒21的进退运动的速度换算成旋转数，并将换算后的值作为表观旋转数一并记载在表2中。
[表2]
  滚筒的位置 条件   表现的旋转数(rot/m)   测定的实际旋转数(rot/m)   PMD(psec/km)
A(3m)  Ref(没有扭曲)    -   -   0.67
 f   3.0   1.5   0.42
 g   6.0   2.9   0.22
 h   12.0   5.1   0.03
B(6m)  Ref(没有扭曲)   -   -   0.65
 i   3.0   0.3   0.61
j 6.0 1.6   0.44
 k   12.0   3.7   0.17
图6是用曲线图表示通过计算求得的表观旋转数和光导纤维线束23的PMD的关系的图。
另外，图7是用曲线图表示通过测定获得的实际旋转数和光导纤维线束23的PMD的关系的图。
由这些结果可知实际旋转数与表观旋转数之间有差异，如果滚筒21的位置变化，则表观旋转数和PMD的关系也变化。与此不同，实际旋转数和PMD与滚筒21的位置无关，表现出了良好的相关关系。
工业上利用的可能性
如上所述，如果采用本发明的扭曲测定方法，则由于从垂直于光导纤维的长度方向的平面内的两个不同的方向、沿该光导纤维的长度方向连续地测定光导纤维的外径，所以能准确地测定光导纤维上产生的扭曲的状态。因此，利用该测定结果，能用数值表示光导纤维的扭曲状态和偏振模式分散的关系，能有效地进行制造偏振模式分散小的光导纤维时的制造条件的设定等。
另外，本发明的扭曲测定装置由于能使用两个外径测定装置构成，所以装置的结构简单，实施的容易性高。
如果采用本发明的光导纤维的制造方法，则由于通过利用拉丝形成光导纤维时产生扭曲，所以能获得偏振模式分散小的光导纤维，同时由于从垂直于光导纤维的行进方向的平面内的两个不同的方向连续地测定该光导纤维的外径，所以能测定该光导纤维的扭曲的状态。因此，在光导纤维的制造过程中能一边测定扭曲状态，一边控制光导纤维的制造条件，所以能有效地制造高品质的光导纤维，能提高成品率。
另外，如果采用本发明的光导纤维的制造装置，则由于在生产线上备有测定光导纤维的扭曲的装置，所以能根据扭曲的测定结果，一边控制产生扭曲的装置，一边有效地制造偏振模式分散小的光导纤维。

Claims (7)

1.一种光导纤维的扭曲测定方法，其特征在于，从垂直于该光导纤维的长度方向的同一平面内的两个不同的方向，沿该光导纤维的长度方向连续地测定光导纤维的外径。
2.如权利要求1所述的光导纤维的扭曲测定方法，其中，相对光导纤维的长度方向，所述两个方向所构成的角度θ满足0°＜θ＜90°或者90°＜θ＜180°的关系。
3.如权利要求1所述的光导纤维的扭曲测定方法，其中，相对光导纤维的长度方向，所述两个方向所构成的角度θ满足25°＜θ＜65 °或者115°＜θ＜155 °的关系。
4.一种光导纤维的制造方法，其特征在于，包括：对光导纤维母材进行拉丝以形成光导纤维的工序；使该光导纤维产生扭曲的工序；以及从垂直于该光导纤维的行进方向的同一平面内的两个不同的方向连续地测定该光导纤维的外径的工序。
5.如权利要求4所述的光导纤维的制造方法，其中，所述使光导纤维产生扭曲的工序，具有一对滚筒，由该一对滚筒夹着所述光导纤维的线束并同时使所述各滚筒各自按相反的方向旋转，使所述光导纤维扭曲。
6.如权利要求4所述的光导纤维的制造方法，其中，相对光导纤维的长度方向，所述两个方向所构成的角度θ满足0°＜θ＜90°或者90°＜θ＜180°的关系。
7.如权利要求4所述的光导纤维的制造方法，其中，相对光导纤维的长度方向，所述两个方向所构成的角度θ满足25°＜θ＜65°或者115°＜θ＜155°的关系。
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