CN102043194A - 光纤及光纤制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有优越强度且可以廉价地进行制造的光纤、以及可以制造这种光纤的方法。光纤(1)是石英玻璃类的光纤，包含纤芯区域(11)、包围纤芯区域(11)的光学包层区域(12)和包围光学包层区域(12)的护套区域(13)。护套区域(13)从内周部至外周部为大致均匀的组成。在护套区域(13)的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。

Description

光纤及光纤制造方法
技术领域
本发明涉及一种光纤及光纤制造方法。
背景技术
伴随着FTTH(Fiber To The Home)的发展，光纤铺设的高效化也不断进步。在FTTH中，有时需要在较窄的管道或曲率半径较小的位置处对光纤进行配线，对于即使弯折也不会使光泄漏的光纤，其开发不断进步，实现提高铺设效率的作用。例如，假设在FTTH铺设时存在将光纤弯折为曲率半径为5mm的情况，寻求与该情况对应的光纤。
另一方面，已知如果对光纤施加曲率半径较小的弯折，则该光纤的长期可靠性降低。因此，想办法对光缆的刚性进行强化而实质性地使光纤不会以较小的曲率半径弯曲，或者为了提高长期可靠性而使筛选(screening)中对光纤施加的拉伸率增大。但是，与此相伴，不仅成为成本增加的主要原因，也由于光缆的刚性提高而成为光纤的处理性降低的原因，或由于筛选强度增大而成为导致构成光纤的玻璃的强度降低的原因。
作为提高光纤自身强度的方法，日本特开平2-27308号公报公开了一种光纤，其在光纤的玻璃外表面上涂敷碳。但是，由于使用碳氢化合物类的气体而涂敷碳，所以在光纤的制造中需要排气设备等附带设备。另外，碳层和包覆在该碳层外周的树脂之间难以密合。如果为了进行识别而设置的着色层的颜色较浅，则由于碳层为黑色，所以着色层的外观成为暗淡的颜色，利用着色层产生的识别性降低。此外，为了保证碳包覆层在整个长度中的均匀性，需要额外的检查，例如进行美国专利第5057781号的说明书所记载，通过利用碳层的导电性进行电气参数测定，而监视涂敷层的状态等。
另外，日本特开平4-65327号公报、日本特开平5-124831号公报分别公开了下述方法，即，在光纤的玻璃表面设置添加了TiO2的SiO2玻璃或添加了F的SiO2玻璃这样的比SiO2粘性低的玻璃，通过在玻璃表面形成压缩应力层，从而对玻璃进行强化。但是，在上述组成与SiO2存在很大差异的玻璃中，存在使切断玻璃的网状构造的氢元素容易进行扩散的情况，由此导致玻璃的网状构造的强度降低，所以有时从长期来说反而会导致玻璃的断裂强度降低。另外，由于组成不同，所以折射率随着SiO2的含有量而发生变化，难以得到期望的光学特性。由于增加了在最外层添加具有其他组成的层的工序，所以成为成本增加的主要原因。
如上述所示，作为提高光纤自身强度的方法，虽然存在在玻璃外表面涂敷碳的方法以及在玻璃外表面形成比SiO2粘性低的玻璃的方法，但无论哪一种方法都在制造成本及品质方面存在问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有优越的强度且可以廉价地进行制造的光纤、以及可以制造这种光纤的方法。
为了达到目的，本发明提供一种石英玻璃类的光纤，其包括：纤芯区域；光学包层区域，其包围纤芯区域；以及护套区域，其包围光学包层区域，该护套区域从内周部至外周部为大致均匀的组成，在最外周部形成残留有压缩应力的压缩变形层。
在本发明的光纤中，优选压缩变形层的应力为大于或等于10MPa的压缩应力。优选压缩变形层的厚度小于或等于护套区域的外径的30％。优选静疲劳系数大于或等于20。优选施加5mm/min的拉伸速度时的断裂强度大于或等于400kgf/mm2。优选护套区域的最外周部中的拉曼散射频谱的490cm-1峰值面积A490相对于800cm-1峰值面积A800的比值(A490/A800)小于纤芯区域中的比值(A490/A800)。优选压缩应力的周向偏差小于或等于10MPa。
作为本发明的其他方式，提供一种光纤制造方法，其具有下述工序：(1)纺丝工序，在该工序中，对包含纤芯区域、包围该纤芯区域的光学包层区域和包围该光学包层区域的护套区域的石英玻璃类的光纤母材，将其一端加热熔融并进行纺丝，形成具有期望外径的玻璃丝；(2)变形施加工序，在该工序中，在纺丝工序中形成的玻璃丝的整体温度低于玻璃转变点后，将玻璃丝的外周部再次加热至高于玻璃转变点的温度，在护套区域的最外周部上形成压缩变形层。
在本发明所涉及的光纤制造方法中，可以在变形施加工序中，通过将从1个或者大于或等于2个的激光光源输出的激光向玻璃丝照射，从而对玻璃丝进行加热，也可以利用以玻璃丝作为中心轴而包围玻璃丝的环状加热炉，对玻璃丝进行加热，也可以使用燃烧器对玻璃丝进行加热。另外，优选在纺丝工序中，将玻璃丝绕中心轴交替扭转。而且，在本发明所涉及的光纤制造方法中，优选在变形施加工序中，加热时的光纤外周的温度偏差小于50℃，优选在将从光纤的外径减少为小于或等于期望外径的105％的位置至变形施加部为止的长度设为L1，将变形施加部的长度设为L2，将光纤的线速设为V时，L1/V大于或等于0.003s，L2/V小于或等于1s，优选在变形施加工序中，施加在光纤玻璃上的张力大于或等于25g。
发明的效果
本发明所涉及的光纤具有优越的强度，可以廉价地制造。另外，本发明所涉及的光纤制造方法，可以廉价地制造具有优越强度的光纤。
附图说明
图1是说明本发明的第一实施方式所涉及的光纤的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。
图2是说明本发明的第二实施方式所涉及的光纤的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。
图3是说明本发明的第三实施方式所涉及的光纤的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。
图4是说明本发明的第四实施方式所涉及的光纤的剖面图。
图5是与对比例中的应力曲线一起示出第二实施方式所涉及的光纤的应力曲线的例子的曲线图。
图6是说明本发明的光纤制造方法的实施方式的概念图。
图7是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部的第一实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。
图8是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部的第二实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。
图9是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部的第三实施例的俯视图。
图10是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部的第四实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。
图11是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部的第五实施例的俯视图。
图12是说明石英玻璃的拉曼散射频谱的800cm-1峰值面积A800及490cm-1峰值面积A490的曲线图。
图13是分别针对进行玻璃丝的加热处理的情况及不进行加热处理的情况示出光纤的剖面的各位置中的比值(A490/A800)的曲线图。
图14是表示光纤中残留的应力和断裂强度的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。附图的目的仅为说明，并不限定发明的范围。在附图中，为了避免说明的重复，相同标号表示相同部分。附图中的尺寸比例并不一定准确。
图1是说明本发明的第一实施方式所涉及的光纤1的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。光纤1是石英玻璃类的光纤，包含纤芯区域11、包围纤芯区域11的光学包层区域12、以及包围光学包层区域12的护套区域13。纤芯区域11的折射率比光学包层区域12的折射率高。护套区域13的折射率可以与光学包层区域12的折射率相同，也可以不同。
纤芯区域11及光学包层区域12各自可以使折射率沿径向是均匀的，也可以使折射率沿径向是变化的。在纤芯区域11及光学包层区域12中，有时分别添加有用于提高折射率或降低折射率的适当的添加物。纤芯区域11及光学包层区域12各自中的添加物浓度，也可以由于制造上的波动或有意地成为不均匀。
护套区域13几乎不影响纤芯波导模光的电场，是不对光纤1的光学特性产生影响的区域。例如护套区域13的内径(光学包层区域12的外径)相对于纤芯波导模光的模场直径为大于或等于3倍。护套区域13从内周部至外周部为大致均匀的组成。在护套区域13的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。
光纤1通过在大致均匀的组成的护套区域13的最外周部上形成压缩变形层，从而具有优越的强度，而不会产生现有技术中由于在外周设置碳涂层或粘性不同的玻璃而导致的问题。另外，由于光纤1可以利用与制造通常光纤的方法大致相同的方法而进行制造，所以可以廉价地制造。
图2是说明本发明的第二实施方式所涉及的光纤2的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。光纤2是石英玻璃类的光纤，包含纤芯区域21、包围纤芯区域21的凹陷区域22、包围凹陷区域22的包层区域23、以及包围包层区域23的护套区域24。
光学包层区域由凹陷区域22及包层区域23构成。在将纤芯区域21的折射率设为n21，将凹陷区域22的折射率设为n22，将包层区域23的折射率设为n23时，这些折射率之间存在n21＞n23＞n22的大小关系。护套区域24的折射率可以与包层区域23的折射率相同，也可以不同。
纤芯区域21、凹陷区域22及包层区域23各自可以使折射率沿径向是均匀的，也可以使折射率沿径向是变化的。在纤芯区域21、凹陷区域22及包层区域23中，有时分别添加有用于提高折射率或降低折射率的适当的添加物。在此情况下，纤芯区域21、凹陷区域22及包层区域23各自中的添加物浓度，也可以由于制造上的波动或有意地成为不均匀。
护套区域24几乎不影响纤芯波导模光的电场，是不对光纤2的光学特性产生影响的区域。例如护套区域24的内径(包层区域23的外径)相对于纤芯波导模光的模场直径为大于或等于3倍。护套区域24从内周部至外周部为大致均匀的组成。在护套区域24的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。
光纤2也通过在大致均匀的组成的护套区域24的最外周部上形成压缩变形层，从而具有优越的强度，而不会产生现有技术中由于在外周设置碳涂层或粘性不同的玻璃而导致的问题。另外，由于光纤2也可以利用与制造通常光纤的方法大致相同的方法而进行制造，所以可以廉价地制造。
图3是说明本发明的第三实施方式所涉及的光纤3的图，区域(a)表示其剖面图，区域(b)表示其折射率曲线。光纤3是石英玻璃类的光纤，包含第1纤芯区域31、包围第1纤芯区域31的第2纤芯区域32、包围第2纤芯区域32的凹陷区域33、包围凹陷区域33的包层区域34、以及包围包层区域34的护套区域35。
光学包层区域由凹陷区域33及包层区域34构成。在将第1纤芯区域31的折射率设为n31，将第2纤芯区域32的折射率设为n32，将凹陷区域33的折射率设为n33，将包层区域34的折射率设为n34时，这些折射率之间存在n31＞n32≥n34＞n33的大小关系。护套区域35的折射率可以与包层区域34的折射率相同，也可以不同。
第1纤芯区域31、第2纤芯区域32、凹陷区域33以及包层区域34各自可以使折射率沿径向是均匀的，也可以使折射率沿径向是变化的。在第1纤芯区域31、第2纤芯区域32、凹陷区域33以及包层区域34中，有时分别添加有用于提高折射率或降低折射率的适当的添加物。在此情况下，第1纤芯区域31、第2纤芯区域32、凹陷区域33以及包层区域34各自中的添加物浓度，也可以由于制造上的波动或有意地成为不均匀。
护套区域35几乎不影响纤芯波导模光的电场，是不对光纤3的光学特性产生影响的区域。例如护套区域35的内径(包层区域34的外径)相对于纤芯波导模光的模场直径为大于或等于3倍。护套区域35从内周部至外周部为大致均匀的组成。在护套区域35的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。
光纤3也通过在大致均匀的组成的护套区域35的最外周部上形成压缩变形层，从而具有优越的强度，而不会产生现有技术中由于在外周设置碳涂层或粘性不同的玻璃而导致的问题。另外，由于光纤3也可以利用与制造通常光纤的方法大致相同的方法而进行制造，所以可以廉价地制造。
图4是说明本发明的第四实施方式所涉及的光纤4的剖面图。光纤4是石英玻璃类的多孔光纤，包含纤芯区域41、包围纤芯区域41的光学包层区域42、以及包围光学包层区域42的护套区域43。光学包层区域42在具有与纤芯区域41相同组成的主介质中，在以纤芯区域41为中心的正六边形的各顶点位置处形成有空孔44，光学包层区域42的有效折射率小于纤芯区域41的折射率。护套区域43的折射率可以与光学包层区域42的主介质的折射率相同，也可以不同。
护套区域43几乎不影响纤芯波导模光的电场，是不对光纤4的光学特性产生影响的区域。例如护套区域43的内径(光学包层区域42的外径)相对于纤芯波导模光的模场直径为大于或等于3倍。护套区域43从内周部至外周部为大致均匀的组成。在护套区域43的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。
光纤4通过在大致均匀的组成的护套区域43的最外周部上形成压缩变形层，从而具有优越的强度，而不会产生现有技术中由于在外周设置碳涂层或粘性不同的玻璃而导致的问题。另外，由于光纤4可以利用与制造通常的多孔光纤的方法大致相同的方法而进行制造，所以可以廉价地制造。
本发明所涉及的光纤并不限于第一实施方式～第四实施方式。对于本发明所涉及的光纤，只要护套区域从内周部至外周部为大致均匀的组成，在护套区域的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层即可，其他区域的折射率曲线是任意的。
图5是与仅在护套区域13的最外周部上没有形成压缩变形层这一点不同于光纤2的对比例中的应力曲线一起，示出光纤2的应力曲线的3个例子的曲线图。对比例中的光纤在护套区域的最外周部附近残留有拉伸应力。与其相对，光纤2在护套区域的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层。光纤2通过形成上述压缩变形层而具有优越的强度。
优选护套区域的压缩变形层中残留的压缩应力大于或等于10MPa，通过如此设置，可以有意地提高玻璃强度。护套区域的压缩变形层中残留的压缩应力优选大于或等于30MPa，更优选大于或等于100MPa。
优选护套区域的压缩变形层的厚度小于或等于护套区域的外径的30％，通过如此设置，可以保持使向内部施加的拉伸变形较小，可以提高玻璃强度。另外，容易向护套区域的最外周部施加大于或等于10MPa的压缩应力。
即使在护套区域的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层的情况下，在光纤的静疲劳系数较低的情况下，也难以提高光纤的长期可靠性。因此，优选本发明所涉及的光纤的静疲劳系数大于或等于20，通过如此设置，可以得到光纤的长期可靠性。光纤的静疲劳系数更优选大于或等于25，进一步优选大于或等于30。另外，优选本发明所涉及的光纤在施加5mm/min的拉伸速度时的断裂强度大于或等于400kgf/mm2。
优选本发明所涉及的光纤的压缩应力的周向偏差小于或等于10MPa。通过设置这样的范围，可以使光纤卷曲的曲率半径大于或等于4m。此外，光纤中的残留应力测定可以如例如日本特开2009-168813号公报的记载所示，利用光纤中的双折射而进行测定。或者，光纤中的残留应力测定，也可以通过对光纤剖面的折射率进行面分析，根据折射率的变化量和材料固有的光弹性系数而进行测定。
下面，说明制造本发明中的光纤的方法。图6是说明本发明的光纤制造方法的实施方式的概念图。在实施方式的光纤制造方法中，首先，准备具有与应制造的光纤的剖面构造相似的折射率分布的光纤母材4。即，光纤母材4为石英玻璃类，包含纤芯区域、包围该纤芯区域的光学包层区域、以及包围该光学包层区域的护套区域。光纤母材4可以通过VAD方法、OVD方法或MCVD方法等任意的方法而制作。
将光纤母材4铅垂地插入拉丝炉41内，在拉丝炉41内，其一端(下端)被加热熔融而进行纺丝。通过该纺丝工序，形成玻璃丝5。玻璃丝5具有与应制造的光纤的玻璃直径相同的所期望的外径。此外，在该纺丝工序中，优选对玻璃丝5进行绕中心轴交替扭转的摆动拉丝。通过如此处理，可以在后面的变形施加工序中，增加与玻璃丝5的周向相关的加热均匀性，因此，使所施加的压缩应力在周向上均匀化。
利用纺丝工序形成的玻璃丝5，在整体温度降低至小于玻璃转变点后，插入变形施加部42内。插入变形施加部42内的玻璃丝5，在变形施加部42内被再次加热至护套区域的最外周部温度成为高于玻璃转变点的温度，通过将该部分冷却，从而在护套区域的最外周部上形成压缩变形层。通过该变形施加工序，制造在护套区域的最外周部上形成残留有压缩应力的压缩变形层的光纤6。
通过变形施加工序制造的光纤6，在模具43中涂敷紫外线硬化型树脂后，利用树脂硬化部44进行硬化，从而被第一涂层包覆。此外，在模具45中涂敷紫外线硬化型树脂后，利用树脂硬化部46进行硬化，从而被第二涂层包覆。通过该包覆工序，制造出在玻璃光纤6的周围包覆有第一涂层和第二涂层的包覆光纤7。通过包覆工序制造的包覆光纤7，经由输送辊47而由线轴48卷绕。
如上述所示，通过本发明的光纤制造方法，可以制造本发明的光纤。本发明的光纤制造方法与现有的光纤制造方法相比，仅在纺丝工序(利用拉丝炉41进行的拉丝)的后段追加了变形施加工序(利用变形施加部42形成压缩变形层)，另外，通过对与现有技术相同的光纤母材4进行拉丝而制造光纤。因此，本发明所涉及的光纤制造方法可以容易地在玻璃外周施加压缩应力，而无需使构成光纤的护套层的玻璃组成变化，可以容易且廉价地制造具有优越强度的光纤。
图7是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部42的第一实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。在第一实施例中，通过使从激光光源51～53输出的激光照射玻璃丝5，从而将该玻璃丝5加热至高于玻璃转变点的温度，在对该部分进行冷却后，在护套区域的最外周部上形成压缩变形层。这里所使用的激光光源也可以是1个，但优选为大于或等于2个。在使用多个激光光源的情况下，由于从上述多个激光光源输出的激光从彼此不同的方向向玻璃丝5照射，所以使玻璃丝5的外周上的加热均匀化，使压缩应力的施加量均匀化。
图8是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部42的第二实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。在第二实施例中，从激光光源51输出的激光经由窗口54a导入筒状的反射板54内，一部分直接向玻璃丝5照射，另外，剩余部分由筒状的反射板54的内壁面反射后向玻璃丝5照射。优选反射板54的内壁面对于激光波长的反射率大于或等于70％，优选例如金属镀敷后的石英、氧化铝及金属等。在上述结构中，由于激光从各个方向向玻璃丝5照射，所以使玻璃丝5的外周上的加热均匀化，使压缩应力的施加量均匀化。在第三实施例中，也可以使用多个激光光源。
图9是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部42的第三实施例的俯视图。在第三实施例中，从激光光源51输出的激光经由窗口54a导入筒状的反射板54内，利用扩散板55进行扩散。然后，一部分直接向玻璃丝5照射，另外，剩余部分由筒状的反射板54的内壁面反射后向玻璃丝5照射。在上述结构中，由于激光从各个方向向玻璃丝5照射，所以使玻璃丝5的外周上的加热均匀化，使压缩应力的施加量均匀化。在第三实施例中，也可以使用多个激光光源。
此外，作为第一实施例～第三实施例中的激光光源51～53，优选使用CO2激光器或铜蒸气激光器等输出高功率的红外激光的激光器，另外，优选使用输出CW激光的激光器。另外，优选对玻璃丝5的外周温度进行监测，控制激光强度以得到期望的温度，通过如此处理，可以制造品质稳定的光纤。
图10是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部42的第四实施例的图，区域(a)是俯视图，区域(b)是侧视图。在第四实施例中，玻璃丝5被加热炉61加热至高于玻璃转变点的温度，在将该部分冷却后，在护套区域的最外周部上形成压缩变形层。
加热炉61是以玻璃丝5作为中心轴而包围玻璃丝5的环状结构，例如是康塔尔炉(kanthal furnace)、电阻炉、感应加热炉等。优选加热炉61的内部充满N2气体、Ar气体及He气体等惰性气体，另外优选洁净的气氛。由于将玻璃丝5的最外周部加热至高于玻璃转变点的温度，所以优选加热炉51的长度大于或等于100mm。另外，优选设置利用加热炉51加热后对向加热炉51外露出的玻璃丝5进行冷却的机构，通过如此设置，可以在光纤6的外周部残留更强的压缩应力。
图11是表示本发明所涉及的光纤制造方法的变形施加工序所使用的变形施加部42的第五实施例的俯视图。在第五实施例中，玻璃丝5由燃烧器71加热至高于玻璃转变点的温度，在将该部分冷却后，在护套区域的最外周部上形成压缩变形层。燃烧器71只要是可以将玻璃丝5加热至高于玻璃转变点(大约1100℃)的温度的燃烧器即可，例如是等离子燃烧器、氢氧燃烧器、甲烷燃烧器。但是，由于如果在玻璃丝5的外表面上附着OH基，则无法长期保持玻璃强度，所以优选火焰为无水的燃烧器。另外，从防止玻璃丝5摆动(丝晃动)的角度出发，作为燃烧器71，优选使用风压较小的等离子燃烧器。
图12是说明石英玻璃的拉曼散射频谱的800cm-1峰值面积A800及490cm-1峰值面积A490的曲线图。峰值面积A800是在波数范围880～740cm-1内画出的基线和拉曼散射频谱之间所夹持的区域的面积，与由六元环构成的SiO2玻璃网的量对应。峰值面积A490是在波数范围525～475cm-1内画出的基线和拉曼散射频谱之间所夹持的区域的面积，与由四元环构成的变形构造的量对应。
已知一种由于在通常由六元环构成的SiO2玻璃网中存在的三元环及四元环等变形构造选择性地被水解而导致断裂的玻璃断裂模型(J.K.West et al.，“Silica fracture Part II A ring opening modelviahydrolysis”，Journal of Materials Science 29(1994)5808-5816)。因此，为了使玻璃断裂强度上升，期望将三元环及四元环的绝对量减小。
图13是分别针对进行玻璃丝5的加热处理的情况以及不进行加热处理的情况，示出光纤6的剖面的各位置处的比值(A490/A800)的曲线图(对于光纤剖面的各位置处的拉曼散射频谱，可以通过使光束直径为5μm的激励光在剖面上沿径向扫描而进行测定)。通过进行大于或等于玻璃转变点Tg而小于或等于(Tg+500℃)的加热处理，从而使护套区域的最外周部中的比值(A490/A800)小于纤芯区域中的比值(A490/A800)。与不进行加热处理的情况相比，在进行加热处理的情况下，1％/min的变形速度的拉伸试验中光纤断裂强度增加了11％。如上述所示，通过在对玻璃丝5进行加热时，使加热温度大于或等于玻璃转变点Tg而小于或等于(Tg+500℃)，由此可以提高光纤的断裂强度。
实施例
利用本发明的光纤制造方法，作为第三实施方式所涉及的光纤3而试制3根光纤(实施例1～3)，得到光学特性(波长1.31μm下的模场直径(MFD)、2m截止波长、22m光缆截止波长、零色散波长以及各弯折直径下的弯折损耗)、光纤中残留的压缩应力以及断裂强度。如图3所示，以纯石英玻璃的折射率作为基准，将第1纤芯区域31的比折射率差表示为Δ1＝(n31-nSiO2)/nSiO2，将第2纤芯区域32的比折射率差表示为Δ2＝(n32-nSiO2)/nSiO2，将凹陷区域33的比折射率差表示为Δ3＝(n33-nSiO2)/nSiO2，将包层区域34的比折射率差表示为Δ4＝(n34-nSiO2)/nSiO2。将第1纤芯区域31的外径表示为2r1，将第2纤芯区域32的外径表示为2r2，将凹陷区域33的外径表示为2r3。Ra为比值(r1/r2)，Rb为比值(r2/r3)。压缩应力通过对由光弹性效应导致的偏振旋转进行检测的方法而进行测定，平均断裂强度通过对500mm长度的测试光纤施加5mm/min的拉伸速度而求出。
表是综合了实施例1～3中的光纤的各个参数的图表。
Figure BSA00000310033700131
实施例1～3中的光纤虽然在外周部被施加了压缩应力，但具有良好的光学特性。在纤芯区域的粘性低于护套区域的光纤的情况下，在拉丝后，使纤芯残留压缩应力。另一方面，通过向外周施加压缩应力，而使纤芯区域的压缩应力减少。有时通过向外周施加过度的压缩应力，会在纤芯区域作用拉伸应力。由于向纤芯部作用拉伸应力，所以导致传输损耗增加，因此，优选调整加热条件、张力，以使得在向外周施加压缩应力的同时，在纤芯区域中也残留压缩应力。但是，在传输损耗并非重要特性的短传输距离的用途的情况下，通过不考虑纤芯区域的应力，而增大向外周部的压缩应力，可以进一步强化光纤。
图14是表示光纤中残留的应力和断裂强度之间的关系的曲线图。在图14中，还增加示出了实施例1～3之外的例子。如图14所示，护套部外周的压缩应力越大，断裂强度越高，因此优选。
本发明所涉及的光纤除了第一实施方式～第四实施方式的剖面构造之外，也可以是任意的剖面构造。特别地，具有第三实施方式的沟槽型及以此为基准的曲线的光纤，即使弯折，泄漏的光也较少。因此，适合在使FTTx的铺设作业高效化或提升收容效率时使用，由于针对作业时及收容时所施加的应力的可靠性高，所以优选。
另外，本发明所涉及的光纤还适用于海底。铺设在海底的光纤，由于维修困难，所以特别要求长期的可靠性。本发明所涉及的光纤，针对应力的可靠性高，因此优选。作为用于海底的光纤，可以使用具有作为第二实施方式的W型或作为第三实施方式的沟槽型的折射率曲线的光纤。
另外，在将光纤引入用于涂敷树脂的模具43时，优选光纤的温度大于或等于30℃。由此，使树脂中含有的硅烷偶联材料和玻璃之间的缩合反应加速，可以期望进一步提升玻璃强度。
本发明所涉及的光纤制造方法，优选在变形施加工序中的加热时，光纤外周的温度偏差小于50℃。通过如上述所示进行加热，可以使压缩应力在周向上的偏差小于或等于10MPa。此外，对于拉丝中的光纤温度，可以通过使用红外线的辐射温度计，从多个角度对拉丝中的光纤进行观察，从而进行评价。
本发明所涉及的光纤制造方法，优选在将从光纤的外径减少为小于或等于期望外径的105％的位置至变形施加部为止的长度设为L1，将变形施加部的长度设为L2，将光纤的线速设为V时，L1/V大于或等于0.003s，L2/V小于或等于1s。通过将光纤的冷却时间设为L1/V＞0.003s，可以使光纤的温度小于或等于玻璃转变点，并且通过限定加热时间，可以将粘性降低部仅限定在光纤的外周，可以得到仅光纤的外周被施加压缩应力的光纤。更优选L2/V小于或等于0.5s。更优选L2/V小于或等于0.1s。
本发明所涉及的光纤制造方法，优选在变形施加工序中向光纤玻璃施加的张力大于或等于25g。施加在光纤上的张力越大，残留在光纤外周的压缩应力越大。通过设为大于或等于25g，而使施加压缩应力变得容易，与没有施加压缩应力的光纤相比，可以有意地改善光纤的强度。更优选大于或等于50g。
如上述所示，根据本发明，能够直接使用在玻璃外表面上没有任何附着物，另外也不具有特殊的玻璃组成、可以得到良好的光学特性的有实际效果的玻璃，仅在玻璃外表面上选择性地残留压缩应力。其结果，由于施加在光纤上的拉伸应力被残留的压缩应力抵消，所以可以得到抑制光纤表面损伤成长、实现高强度化的光纤。由此，在本发明中，克服了现有技术中为了强化光纤而想出的方法的问题点，同时可以容易并有意地提高光纤的可靠性，而且不会影响制造成本。
工业实用性
本发明的光纤可以用作为FTTx的配线用、或者铺设在海底的光纤。

Claims (15)

1.一种光纤，其为石英玻璃类的光纤，其包含：
纤芯区域；
光学包层区域，其包围该纤芯区域；以及
护套区域，其包围该光学包层区域，该护套区域从内周部至外周部为大致均匀的组成，在最外周部形成残留有压缩应力的压缩变形层。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述压缩变形层的应力为大于或等于10MPa的压缩应力。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述压缩变形层的厚度小于或等于所述护套区域的外径的30％。
4.根据权利要求1所述的光纤，其中，
静疲劳系数大于或等于20。
5.根据权利要求1所述的光纤，其中，
施加5mm/min的拉伸速度时的断裂强度大于或等于400kgf/mm2。
6.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述护套区域的最外周部中的拉曼散射频谱的490cm-1峰值面积A490相对于800cm-1峰值面积A800的比值、即A490/A800，小于所述纤芯区域中的A490/A800的比值。
7.根据权利要求1所述的光纤，其中，
压缩应力的周向偏差小于或等于10MPa。
8.一种光纤制造方法，其具有下述工序，即：
纺丝工序，在该工序中，对包含纤芯区域、包围该纤芯区域的光学包层区域和包围该光学包层区域的护套区域的石英玻璃类的光纤母材，将其一端加热熔融并进行纺丝，形成具有期望外径的玻璃丝；以及
变形施加工序，在该工序中，在所述纺丝工序中形成的玻璃丝的整体温度低于玻璃转变点后，将所述玻璃丝的外周部再次加热至高于玻璃转变点的温度，在所述护套区域的最外周部上形成压缩变形层。
9.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述变形施加工序中，通过将从1个或者大于或等于2个的激光光源输出的激光向所述玻璃丝照射，从而对所述玻璃丝进行加热。
10.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述变形施加工序中，利用以所述玻璃丝作为中心轴而包围所述玻璃丝的环状加热炉，对所述玻璃丝进行加热。
11.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述变形施加工序中，使用燃烧器对所述玻璃丝进行加热。
12.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述纺丝工序中，将所述玻璃丝绕中心轴交替扭转。
13.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述变形施加工序中，加热时的光纤外周的温度偏差小于50℃。
14.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在将从光纤的外径减少为小于或等于所述期望外径的105％的位置至所述变形施加部为止的长度设为L1，将所述变形施加部的长度设为L2，将光纤的线速设为V时，L1/V大于或等于0.003s，L2/V小于或等于1s。
15.根据权利要求8所述的光纤制造方法，其中，
在所述变形施加工序中，施加在光纤玻璃上的张力大于或等于25g。
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