CN102105772A - 带空孔的光纤的空孔径的测定方法及装置、以及带空孔的光纤的制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供带空孔的光纤的空孔径的测定方法和装置、以及带空孔的光纤的制造方法和装置。该带空孔的光纤的空孔径的测定方法，在对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线时，测定上述光纤裸线的空孔径，该带空孔的光纤的空孔径的测定方法具有：从由上述拉丝得到的上述带空孔的光纤裸线的侧面，向上述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线的步骤；利用检测部连续检测由上述平行光线的照射产生的前方散射光的步骤；以及使用检测出的上述前方散射光的散射强度图案与上述空孔径的相关关系计算空孔径的步骤。

Description

带空孔的光纤的空孔径的测定方法及装置、以及带空孔的光纤的制造方法及装置
技术领域
本发明涉及在构成光纤的石英玻璃中形成有多个空孔的带空孔的光纤的空孔径的测定方法及装置，以及使用该方法和装置的带空孔的光纤的制造方法及装置。
本申请要求基于2009年4月9日在日本提出的申请2009-094851号的优先权，在此引用其内容。
背景技术
带空孔的光纤是指，在构成光纤的石英玻璃中，沿着光纤的长度方向形成有多个空孔的光纤。这样的光纤被称为光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，简称为PCF)。该带空孔的光纤由于空孔的存在而具有在现有的光纤中无法实现的光学特性。例如，在该带空孔的光纤中由于空孔的存在能够提高光纤的闭光效果，减少弯曲损失。
图3是表示带空孔的光纤裸线的一个例子的截面图。图3所示的带空孔的光纤裸线22具有高折射率的玻璃芯层23和配置在其周围的低折射率的玻璃包层24。在玻璃芯层23的附近的玻璃包层24中，沿着带空孔的光纤裸线22的长度方向，形成有多个空孔22a。这种带空孔的光纤裸线22，作为低弯曲损失型的光纤，应用于房屋内的光通信网络。
带空孔的光纤能够通过对形成有空孔的光纤母材(预成型坯)进行拉丝而制作得到。作为在光纤母材形成空孔的方法，例如能够举出使用钻对光纤母材进行穿孔加工的钻孔法。
在拉丝形成有空孔的光纤母材时，对该光纤母材的单侧空孔加压而进行处理。通过控制对该空孔加压的压力，能够进行拉丝后的带空孔的光纤裸线中的空孔径的调整。即，通过压力的控制，能够得到具有期望的空孔径的带空孔的光纤。
图3所示的带空孔的光纤裸线22中，作为各空孔22a的内径的空孔径d和空孔22a的位置p是光学特性上重要的参数。例如，根据空孔径d的大小和/或空孔22a的位置p的不同，带空孔的光纤裸线的弯曲损失大幅变化。即，通过使空孔径d和空孔22a的位置p为适当的值，能够得到弯曲损失小的带空孔的光纤裸线22。
这些参数中，空孔22a的位置p基本上在将空孔形成于光纤母材的开孔步骤中决定。由此，在对光纤母材形成空孔时，只要在正确的位置进行空孔的开孔加工，则空孔22a的位置p即从光纤的中心到空孔22a的距离，在制作出的光纤裸线间能够为恒定。
与此相对，空孔径d根据拉丝步骤中的空孔内压力、炉内温度、拉丝速度等各种要素的不同而变动。由此，为了稳定地制作具有期望的空孔径d的带空孔的光纤裸线22，希望在制作步骤中在线(inline)地测定空孔径d。
例如，在线地测定空孔径d，根据该测定结果，若能够通过对光纤母材的空孔内压力进行反馈控制而进行调整，则能够得到在带空孔的光纤的长度方向具有期望的空孔径d的带空孔的光纤裸线22。
作为在带空孔的光纤的制造步骤中在线测定空孔径的技术，例如有专利文献1所记载的方法。该方法是，从光纤的侧面利用激光二极管(LD)照射光，基于由该光的照射产生的前方散射光的干涉图案测定空孔径。
在专利文献2中，公开有从在线中的光纤的一端入射光，并且对该光纤施加弯曲，基于由该弯曲产生的后方的散射光的变化测定空孔径的技术。
专利文献1：日本专利第3433238号公报
专利文献2：日本专利第4084762号公报
但是，一般来说，带空孔的光纤如图3所示具有4个以上的空孔22a。因此，在专利文献1所记载的方法那样的分析干涉图案的方法中，由于多个空孔的存在，干涉图案成为复杂的形状。结果，空孔径的解析变得困难。此外，在该方法中，由于照射光的方向的不同，干涉图案大幅变化。因此，必须构成为总是从相同方向对光纤照射光。通常，在对光纤母材进行拉丝时，在光纤中产生恒定程度的旋转、振动。因此，总是从同一方向对光纤照射LD光在现实中是很难进行的。
在专利文献2所记载的方法中，对光纤施加弯曲，因此必须防止由于该弯曲而对光纤造成损伤。此外，因为需要施加弯曲，所以光纤的生产性下降。而且，仅能够应用于弯曲损失的空孔径依存度大的带空孔的光纤这一点也是问题。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，目的在于提供不损伤光纤、使光纤的生产性提高并且能够测定光纤的空孔径的带空孔的光纤的空孔径的测定方法及装置，以及使用它们的带空孔的光纤的制造方法及装置。(1)本发明的带空孔的光纤的空孔径的测定方法是，在对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线时，测定上述光纤裸线的空孔径的带空孔的光纤的空孔径的测定方法，其具有：从由上述拉丝得到的上述带空孔的光纤裸线的侧面，向上述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线的步骤；利用检测部连续检测由上述平行光线的照射所产生的前方散射光的步骤；以及使用检测出的上述前方散射光的散射强度图案与上述空孔径的相关关系计算空孔径的步骤。
(2)在上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，上述平行光线优选对没有形成覆盖层的带空孔的光纤裸线进行照射。
(3)在上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，还具有：将上述平行光线从无空孔的光纤裸线的侧面照射上述无空孔的光纤裸线，产生前方散射光，得到该前方散射光的散射强度图案的步骤；求取由上述无空孔的光纤裸线得到的上述散射强度图案与由上述带空孔的光纤裸线得到的上述散射强度图案的差谱的步骤；以及使用上述差谱与上述空孔径的相关关系求取上述空孔径的步骤。
(4)在上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，可以将上述平行光线从至少两个方向照射上述光纤裸线。
(5)在上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，可以测定上述带空孔的光纤裸线与上述检测部的距离，基于该测定结果以使得上述距离恒定的方式调节上述检测部的位置并且连续检测上述前方散射光。
(6)本发明的带空孔的光纤的空孔径的测定装置是，在对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线时，测定上述光纤裸线的空孔径的装置，其具有：照射装置，其从上述带空孔的光纤裸线的侧面对上述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线；检测部，其连续检测由上述平行光线的照射所产生的前方散射光；以及运算部，其使用检测出的上述前方散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系，运算和判定上述带空孔的光纤裸线的上述空孔径。
(7)上述(6)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定装置，可以具有多个上述照射装置和上述检测部。
(8)上述(6)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定装置，还可以具有光纤检测器，其计测上述检测部与上述光纤裸线的距离。
(9)本发明的带空孔的光纤的制造方法是，对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线的带空孔的光纤的制造方法，其具有：从上述带空孔的光纤裸线的侧面对上述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线的步骤；由检测部连续检测由上述平行光线的照射所产生的前方散射光的步骤；使用检测出的上述前方散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系计算上述带空孔的光纤裸线的空孔径的步骤；以及根据计算出的上述空孔径控制提供给上述带空孔的光纤母材的空孔的气体流量，调整上述空孔内的压力的步骤。
(10)上述(9)所述的带空孔的光纤的制造方法还具有：将上述平行光线从无空孔的光纤裸线的侧面照射上述无空孔的光纤裸线来产生前方散射光，得到该前方散射光的散射强度图案的步骤；求取由上述无空孔的光纤裸线得到的上述散射强度图案与由上述带空孔的光纤裸线得到的上述散射强度图案的差谱的步骤；以及使用上述差谱与上述空孔径的相关关系计算上述空孔径的步骤。
(11)上述(9)所述的带空孔的光纤的制造方法，也可以还具有将上述平行光线从至少两个方向照射上述带空孔的光纤裸线的步骤。
(12)上述(9)所述的带空孔的光纤的制造方法，也可以还具有测定上述带空孔的光纤裸线与上述检测部的距离，基于其测定结果以使得上述距离恒定的方式调节上述检测部的位置并且连续检测上述前方散射光的步骤。
(13)本发明的带空孔的光纤的制造装置包括：熔融炉，其加热带空孔的光纤母材；空孔径测定部，其测定由上述带空孔的光纤母材的拉丝而得到的带空孔的光纤裸线的空孔径；以及压力控制部，其基于上述空孔径的测定值调整上述光纤母材的空孔内的压力，上述空孔径测定部具有：照射装置，其从上述带空孔的光纤裸线的侧面对上述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线；检测部，其检测由上述照射产生的前方散射光的散射强度图案；以及运算部，其使用上述散射强度图案与上述空孔径的相关关系，运算和判定上述带空孔的光纤裸线的上述空孔径，上述压力控制部基于由上述运算部计算出的上述空孔径，控制供给上述光纤母材的上述空孔的气体流量，调整上述空孔内的压力。
(14)上述(13)所述的带空孔的光纤的制造装置中，上述空孔径测定部也可以具有多个上述照射装置和上述检测部。
(15)上述(13)所述的带空孔的光纤的制造装置，也可以还具有光纤位置检测器，其计测上述检测部与上述光纤裸线的距离。
在上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，从带空孔的光纤裸线的侧面连续照射平行光线，基于由该照射产生的前方散射光的光量计算空孔径。因此，能够测定带空孔的光纤的空孔径而不对光纤施加弯曲等。结果，不会对光纤造成损伤，不会对生产性造成不良影响。此外，上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法中，使用上述散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系运算空孔径。因此，在存在多个空孔的情况下，也能够精确地测定空孔径。特别的是，上述(1)所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法能够在线测定空孔径。因此，在制造出的光纤的全长上能够减少空孔径的偏差，并且能够确保光学特性。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的空孔径测定装置的概略结构图；
图2是表示本发明的一实施方式的带空孔的光纤的制造装置的概略结构图；
图3是表示由该实施方式的带空孔的光纤的制造装置得到的带空孔的光纤裸线的一个例子的截面图；
图4A是表示对不具有空孔的光纤照射平行光线时的前方散射光和散射强度图案的图，表示不配置遮蔽器时的状态；
图4B是表示对不具有空孔的光纤照射平行光线时的前方散射光和散射强度图案的图，表示遮蔽器配置在检测部的中央部前方时的状态；
图5是示意性表示本发明的带空孔的光纤的空孔径的测定方法的一实施方式的图，表示对带空孔的光纤照射平行光线时的前方散射光和散射强度图案；
图6是表示对带空孔的光纤照射平行光线时的中央暗部的宽度W扩散的现象的示意图；
图7A是带空孔的光纤母材的截面图；
图7B是带空孔的光纤裸线的截面图；
图8A是空孔径为设计范围外时的带空孔的光纤的截面图；
图8B是空孔径为设计范围外时的带空孔的光纤的截面图；
图9A是表示对空孔径比较大的带空孔的光纤照射平行光线而得到的散射强度图案的图；
图9B是表示图9A的散射强度图案和由无空孔光纤得到的散射强度图案的图；
图9C是表示图9A的散射强度图案和由无空孔光纤得到的散射强度图案的差谱的图；
图10是本发明的第二实施方式的空孔径测定装置的概略结构图；
图11是表示中央暗部的宽度根据平行光线的朝向而变化的原理的图；
图12是本发明的第三实施方式的空孔径测定装置的概略结构图；
图13A是表示对带空孔的光纤照射平行光线时的前方散射光和散射强度图案的图，表示从光纤裸线到检测部的距离为L1时的状态；
图13B是表示对带空孔的光纤照射平行光线时的前方散射光和散射强度图案的图，表示从光纤裸线到检测部的距离为L1+ΔL时的状态；
图14是表示带空孔的光纤的一个例子的截面图；
图15A是表示带空孔的光纤(试验例1)的散射强度图案的图；
图15B是表示带空孔的光纤(试验例2)的散射强度图案的图；
图15C是表示带空孔的光纤(试验例3)的散射强度图案的图；
图15D是表示没有空孔的光纤的散射强度图案的图；
图16是表示试验例1～3中的中央暗部的宽度与空孔径的关系的图表；以及
图17是表示试验例4～6中的中央暗部的宽度与空孔径的关系的图表。
具体实施方式
(第一实施方式)
(带空孔的光纤的空孔径的测定装置和带空孔的光纤的制造装置)
以下，参照附图，详细说明本发明的第一实施方式的带空孔的光纤的空孔径的测定装置和带空孔的光纤的制造装置。图1是表示本发明的第一实施方式的带空孔的光纤的空孔径的测定装置30A(30)(以下简称为空孔径的测定装置)的概略结构图。图2是表示本发明的一实施方式的带空孔的光纤的制造装置1(以下简称为光纤的制造装置)的概略结构图。本实施方式的光纤的制造装置1具有图1所示的空孔径的测定装置30A，能够实施本发明的带空孔的光纤的制造方法。
该光纤的制造装置1包括：熔融炉2，其加热具有空孔21a的光纤母材21并使其熔融；空孔径测定装置30，其计算对光纤母材21进行拉丝而得到的带空孔的光纤裸线22的空孔径；外径测定部4，其测定光纤裸线22的外径；压力控制部6，其根据计算出的空孔径，控制供给光纤母材21的空孔21a的气体流量；第一覆盖涂层部7，其在光纤裸线22上形成第一覆盖层；第一覆盖固化部8，其使该第一覆盖层固化；第二覆盖涂层9，其在第一覆盖层上形成第二覆盖层；第二覆盖固化部10，其使该第二覆盖层固化；以及缠绕部11，其缠绕形成有该第一覆盖层和第二覆盖层的带空孔的光纤25。
空孔径的测定装置30对已被拉丝的带空孔的光纤裸线22从侧面连续照射平行光线，根据由此产生的前方散射光的散射强度图案计算空孔径。在后面详细叙述空孔径的测定装置30。
外径测定部4具有：光源(LED、LD等)，其从带空孔的光纤裸线22的侧面照射光；以及检测器，其与该光源相对配置。检测器接受从光源向光纤裸线22a射出的光的前方散射光，分析其图案或强度。由此，测定光纤裸线22的外径。外径测定部4优选能够从多个方向照射光。
压力控制部6基于由空孔径的测定装置30计算出的空孔径，以阀等控制送至光纤母材21的气体的流量。该气体从未图示的供给源通过气体供给通路6a送至光纤母材21。由此调整光纤母材21的空孔21a内的压力。
接着，详细说明空孔径的测定装置30。如图1所示，本实施方式的空孔径的测定装置30A(30)包括：照射装置31，其照射平等光线37；检测部32，其连续检测通过该平行光线37照射于带空孔的光纤裸线22而产生的前方散射光38，并转换为电信号；信号处理部33，其处理检测出的该电信号；运算部34，其进行是否形成适当尺寸的空孔的运算和判定；监视部36，其显示由信号处理部33得到的散射强度图案；以及显示部35，其显示由运算部34运算出的空孔径和空孔位置。
照射装置31具有平行光线37的光源(例如LED或LD)，和使从该光源发出的光成为平行光线的例如准直仪透镜。该照射装置31配置为，使平行光线37从带空孔的光纤裸线22的侧面，与带空孔的光纤裸线22的前进方向垂直地照射。
检测部32连续检测通过平行光线37照射带空孔的光纤裸线22而产生的前方散射光38，并转换为电信号。作为该检测部32例如能够举出CCD线性传感器等。检测部32具有能够检测出平行光线37照射于带空孔的光纤裸线22时所产生的前方散射光38的足够的宽度。检测部32配置于适于检测前方散射光38的位置。
本实施方式的光纤的制造装置1中，由空孔径的测定装置30A通过后述方法判定带空孔的光纤裸线22的空孔径是否为期望的空孔径。在空孔径偏离期望值时，基于来自运算部34的信号，压力控制部6进行反馈控制，调整光纤母材21的空孔21a内的压力。由此，本实施方式的光纤的制造装置1能够得到具有期望的空孔径的带空孔的光纤裸线22。
(带空孔的光纤的空孔径的测定方法)
接着，说明本发明的第一实施方式的带空孔的光纤的空孔径的测定方法(以下简称为空孔径的测定方法)。本实施方式的空孔径的测定方法使用上述第一实施方式的空孔径的测定装置30A进行。
首先，参照图4A～图6说明用于根据散射强度图案计算空孔径所必需的计算方法的原理。
在本实施方式的空孔径的测定方法中，对光纤裸线22照射平行光线37，检测由该照射产生的前方散射光38，并分析该散射强度图案，由此能够测定空孔径。首先，为了理解平行光线37与散射强度图案的关系，说明对没有空孔的光纤裸线22n照射平行光线37时的散射强度图案41。
图4A、图4B表示对没有空孔的光纤裸线22n照射平行光线37时的前方散射光38和散射强度图案41、42。对没有空孔的光纤裸线22n，由图4A所示的装置结构，从光纤裸线22n的侧面照射平行光线37，检测前方散射光38，此时得到的前方散射光38的散射强度图案为符号41所示的形状。该散射强度图案41由光强度高的中央部41a和光强度从该中央部41a的端部朝向检测部32的外侧的方向逐渐变弱的侧部41b构成。因为平行光线37直接入射检测部32的中央，所以散射强度图案41的中央部41a的光强度变高。散射强度图案41的侧部41b由前方散射光38产生，该前方散射光38由平行光线37通过光纤裸线22n而产生。
因为如上所述平行光线37直接入射检测部32的中央部，所以检测部32的传感器(例如CCD线性传感器)可能会充电。为了防止该充电，如图4B所示，在检测部32的中央前方设置由光遮蔽板构成的遮蔽器32a。通过设置该遮蔽器32a，前方散射光38显示如符号42所示的散射强度图案。在该散射强度图案42的中央部，形成有与遮蔽器32a具有相同宽度W的中央暗部。
接着，说明带空孔的光纤裸线22的散射强度图案43。图5是表示对带空孔的光纤裸线22照射平行光线37时的前方散射光38和散射强度图案43的图。
为带空孔的光纤裸线22时，由图5所示的装置结构得到的前方散射光38的散射强度图案如符号43所示。该散射强度图案43与从不具有空孔的光纤裸线22n得到的散射强度图案42相比较的话，则中央暗部的宽度W变大。即，在为没有空孔的光纤裸线22n时，散射强度图案41的中央暗部的宽度W与遮蔽器32a的宽度相同，而在为带空孔的光纤裸线22时，中央暗部的宽度W比遮蔽器32a的宽度大。
使用图6，说明在对带空孔的光纤裸线22照射平行光线37时，中央暗部的宽度W变大的现象。
图6是示意性地表示对带空孔的光纤裸线22照射平行光线37时，构成平行光线37的光线37a、37b、38c是怎样折射且透过带空孔的光纤裸线22的截面并散射的图。
在为光线37a和光线37b这样的不通过存在空孔22a的区域的光线时，这些光线37a、37b的折射和反射仅在光纤22的外径边界22b发生，并产生前方散射光38a、38b，由检测部32检测出。即，光线37a和光线37b走过与不具有空孔的光纤裸线22n的情况下的同样的通路。光线37b以与跟多个空孔22a的外侧相接的空孔外接圆22c相接的方式(与空孔22a跟包层24的边界相接的方式)通过包层24。由此，入射至比该光线37b靠近内侧(光纤的中心侧)的光线，如后所述，通过空孔外接圆22c的区域内(通过至少一个空孔22内)。
通过存在空孔22a的区域(空孔外接圆22c内)的光线37c，不仅在光纤22的外径边界22b发生折射和反射，还在空孔22a与包层24的边界部发生折射和反射。因此，由该光线37c产生的前方散射光38c成为从检测部32的测定区域大幅偏离的光。结果，由检测部32检测出的前方散射光38中通过空孔22a内的前方散射光38c的强度变得极小。基于上述理由，基本上检测不出由照射至比光线37b更靠近光纤中心侧的位置的平行光线所得到的前方散射光。另外，光线37c照射不具有空孔的光纤裸线22n时，其前方散射光是入射至比符号38b所示的光更靠近检测部32的中央侧的位置的光。由此，基于上述理由，散射强度图案43的中央暗部的宽度W与不具有空孔的光纤裸线22n的散射强度图案42的中央暗部的宽度W相比变大。
根据上述内容可知，随着空孔外接圆22c的直径变大，散射强度图案43的中央暗部的宽度W也变大。即，中央暗部的宽度W与存在空孔22a的区域即空孔外接圆22c的直径(以下称为空孔外接圆径2r)存在相关关系。此处，遮蔽器32a的宽度和设置位置需要设定为与通过空孔22a的存在而变大的中央暗部的宽度W不发生干涉。
空孔径d能够根据空孔22a的位置p和空孔外接圆径2r由以下所示的数学式(1)计算出来。
d＝(2r-p)……(1)
如上所述，空孔22a的位置p在对光纤母材21形成空孔21a的阶段决定，几乎不会受到拉丝条件的影响。由此，如上所述空孔外接圆径2r与中央暗部的宽度W的相关关系成立，即空孔径d与中央暗部的宽度W具有相关关系。
根据上述内容可知，中央暗部的宽度W与空孔径d有相关关系。
由此，只要预先求得中央暗部的宽度W与空孔径d的相关关系，就能够基于测定的中央暗部的宽度W计算空孔径d。
在光纤裸线22上形成覆盖层(第一覆盖层和第二覆盖层)之后，也能够测定空孔径d。但是，当在形成了覆盖层之后照射平行光线时，在覆盖层与包层的边界以及第一覆盖层与第二覆盖层的边界也产生平行光线的折射、反射。即，得到的前方散射光的散射强度图案中存在覆盖层影响。此时，即使是包层外径、空孔位置p和空孔径d相同的光纤，如果彼此间覆盖层的厚度或材质不同，则也不能够使用相同的相关式求取空孔径d。由此，需要预先分别求取与覆盖层的厚度、材质对应的相关式，耗费时间。与此相对，本实施方式的空孔径的测定方法是，在覆盖层(第一覆盖层和第二覆盖层)涂敷于光纤裸线22之前进行空孔径的测定。由此，与在形成覆盖层之后测定空孔径的情况相比，能够简单地进行测定。而且，得到的前方散射光不会受到覆盖层的影响，能够更精确地测定空孔径d。
(带空孔的光纤的制造方法)
接着，说明本发明的第一实施方式的带空孔的光纤25的制造方法。
首先，在制造准备阶段中，求取中央暗部的宽度W与空孔径d的相关式。
如果是空孔位置p相同的光纤，则空孔径d与中央暗部的宽度W的相关关系在这些光纤中也是相同的。由此，使用光学显微镜测定空孔径d已知的多个带空孔的光纤裸线22的空孔径d，一起得到与测定的中央暗部的宽度W的相关式。通过使用该相关式进行计算，能够利用中央暗部的宽度W的测定值计算出空孔径d。
接着，决定形成于光纤母材21的空孔21a的空孔径D与空孔外接圆径2R，对光纤母材21进行开孔加工。以下叙述其顺序。
图7A表示带空孔的光纤母材21的截面图，图7B表示带空孔的光纤裸线22的截面图。
在拉丝带空孔的光纤母材21来制造带空孔的光纤裸线22时，假设向光纤母材21的空孔21a的加压压力和光纤母材21的拉丝速度等均适当，将光纤母材21的直径设定为A，将光纤母材21的空孔径设定为D，将拉丝后的光纤裸线22的直径设定为a，将空孔径设定为d，则保持以下的数学式(2)的关系。
A∶D＝a∶d……(2)
同样地，令光纤母材21的直径为A，令光纤母材21的空孔外接圆径为2R，令拉丝后的光纤裸线22的直径为a，令空孔外接圆径为2r，则保持为以下的数学式(3)的关系。
A∶2R＝a∶2r……(3)
由此，在制作带空孔的光纤裸线22时，在将期望的空孔径定为d，将期望的空孔外接圆径定为2r时，带空孔的光纤母材21的空孔径D和空孔外接圆径2R分别能够由式(4)、(5)求得。
D＝d×A÷a……(4)
2R＝2r×A÷a……(5)
使用由上述式(4)、(5)求得的空孔径D、空孔外接圆径2R，进行对光纤母材的开孔加工，得到带空孔的光纤母材21。
接着，对带空孔的光纤母材21的空孔21a进行加压，同时拉丝该带空孔的光纤母材21。由此，制作出带空孔的光纤裸线22。
在拉丝该带空孔的光纤母材21时，当拉丝时的加压压力适当时，制作出的带空孔的光纤22的空孔径和空孔外接圆径为设计的空孔径d和空孔外接圆径2r。但是，在加压压力不适当时，不能够得到设计范围内的空孔径d。此外，由于随时间经过的加压压力的变动和拉丝温度等的变动，光纤的长度方向上的空孔径d变得不稳定。
图8A、8B表示空孔径d为设计范围外时的带空孔的光纤裸线22的截面图。如图8A所示，在空孔径d制作得比期望的直径大时，该空孔外接圆径2ra也比设计的空孔外接圆径2r大。此时，由平行光线的照射得到的前方散射光的强度峰值中，其中央暗部的宽度W比规定的值大。相反地，如图8B所示，在空孔径d制作得较小时，空孔外接圆径2rb也比设计的空孔外接圆径2r小。此时，由平行光线的照射得到的前方散射光的强度峰值中，其中央暗部的宽度W比规定的值小。
如上所述，无论向带空孔的光纤母材21的母材空孔21a供给的气体流量如何，拉丝后的带空孔的光纤裸线22的空孔位置p均相同。因此，在带空孔的光纤22的空孔外接圆径2r偏离期望的数值时，空孔径d偏离期望的值，在带空孔的光纤22的空孔外接圆径2r为期望的数值时，空孔径d也为期望的数值。
本实施方式的带空孔的光纤的制造装置1，根据得到的散射强度图案的中央暗部的宽度W，可以由运算部34随时计算出基于如上所述求得的相关式的空孔径d。如果如上所述空孔径d的数值偏离期望的值，则运算部34使压力控制部6进行反馈控制，控制送向光纤母材21的气体流量。由此，在由光纤母材21的拉丝得到的带空孔的光纤裸线22中，其空孔径d不会偏离设计值的允许范围，在光纤的长度方向上能够得到空孔径d稳定的带空孔的光纤裸线22。
在上述方法中，根据中央暗部的宽度W计算空孔径d，基于计算出的空孔径d进行压力控制。但是，如果开始知道期望的空孔外接圆径2r，则能够由该空孔外接圆径2r计算出适当的散射强度图案的中央暗部的宽度W。由此，能够不计算空孔径d而直接进行使得中央暗部的宽度W成为适当的中央暗部的宽度W的压力控制。
接着，由外部测定部4测定具有适当的空孔径d的带空孔的光纤裸线22的外径。此处，根据测定的带空孔的光纤裸线22的外径，能够控制拉丝速度等。
接着，利用第一覆盖涂层部7和第一覆盖固化部8、第二覆盖涂层部9和第二覆盖固化部10，在带空孔的光纤裸线22上依次形成第一覆盖层和第二覆盖层。由此，得到带空孔的光纤25。该带空孔的光纤25通过缠绕部被缠绕。
(第二实施方式)
图9C是表示由本发明的第二实施方式的带空孔的光纤的空孔径的测定方法得到的散射强度图案的一个例子的图。
本实施方式的空孔径的测定方法与第一实施方式的空孔径的测定方法的不同点在于，使用由带空孔的光纤得到的散射强度图案和由无空孔的光纤得到的散射强度图案的差谱求取中央暗部的宽度W。
另外，在制造带空孔的光纤时，除了使用差谱求取中央暗部的宽度W之外，与上述第一实施方式相同。此时，在空孔径的测定装置30的运算部34中，以使用差谱求取中央暗部的宽度W的方式进行编程。空孔径的测定装置30的其它结构以及带空孔的光纤的制造装置，与第一实施方式相同。
在带空孔的光纤中，例如在形成的空孔的数量太多或空孔径较大的情况下，存在前方散射光的强度峰的判别困难的情况。这是由于以下理由。在空孔的数量较多的情况、空孔径较大的情况下，空孔整体的周长变长，空气与石英玻璃的边界部增加。在对这样的带空孔的光纤照射平行光线时，由于空气与石英玻璃的边界部增加，在得到的前方散射光中也容易产生干涉。由于该干涉，前方散射光的强度峰的判断变得困难。
图9A表示对空孔径较大的带空孔的光纤(空孔径为7.4μm，空孔数为8个)照射平行光线而得到的散射强度图案。如图9A中以圆圈围住的范围所示，由于上述干涉的影响，前方散射光的强度峰的判断变得困难。
本实施方式的空孔径的测定方法中，首先预先得到没有施以空孔的无空孔光纤的前方散射光的散射强度图案。接着得到带空孔的光纤的前方散射光的散射强度图案。图9B表示无空孔光纤的前方散射光的散射强度图案和带空孔的光纤的前方散射光的散射强度图案。接着，求取这些散射强度图案的差谱(参照图9C)。中央暗部的宽度W为差谱的值为0的左右间的距离WD。通过这样根据差谱求取中央暗部的宽度W(WD)，即使是得到图9A所示的前方散射光的散射强度图案的带空孔的光纤，也能够如图9C所示明确地求得中央暗部的宽度W，测量误差变小。此外，与第一实施方式相比较，即使是具有更多的空孔的带空孔的光纤或空孔径较大的带空孔的光纤，也能够测定其空孔径。
无空孔光纤的前方散射光的散射强度图案能够由第一实施方式的空孔径的测定装置30A计量。在带空孔的光纤的拉丝开始之后，光纤裸线以空孔被堵塞的状态制作。如果预先对该空孔为堵塞状态的光纤裸线照射平行光线，得到其前方散射光的散射强度图案，则能够以与带空孔的光纤相同的制造过程、制造装置、制造条件进行本实施方式的空孔径的测定方法。
(第三实施方式)
图10是示意性表示本发明的第三实施方式的用于进行空孔径的测定方法的空孔径的测定装置30B(30)的图。本实施方式的空孔径的测定装置30B与第一实施方式的不同点在于，设置有多个照射装置31(31A、31B)和检测部32(32A、32B)。这些检测部32A、32B与同一信号处理部33连接。在图示例子中，表示了照射装置31和检测部32分别设置有两个的情况，但是并不特别限定于该数量。
在上述第一实施方式的空孔径的测定方法(空孔径的测定装置30A)中，根据平行光线37照射的方向的不同，散射强度图案43的中央暗部的宽度W发生变化。图11是表示中央暗部的宽度W根据平行光线的朝向而变化的原理的图。在从图11的左侧照射平行光线37a时，计算出的空孔外接圆径为2r。另一方面，在从图11的上侧照射平行光线37b时，计算出的空孔外接圆径为2r’，比2r小。这样，有时在来自一个方向的平行光线的照射下，得到的空孔径d的值会产生误差。空孔径d越大、且空孔数越少，该误差越显著。
与此相对，本实施方式的空孔径的测定方法中，如图11所示，从至少设置有两个以上的照射装置31A、31B将平行光线37a、37b照射至光纤裸线22，而得到多个散射强度图案。使用这些散射强度图案的中央暗部的宽度W中最大的值计算空孔径d。由此，能够减少得到的空孔径d的误差，能够更精确地测定空孔径d。如果基于由本实施方式的空孔径的测定方法计算出的空孔径d，控制供给光纤母材21的空孔21a的气体的压力而制作带空孔的光纤，则能够得到在光纤的长度方向上空孔径d更稳定的带空孔的光纤裸线22。此时，带空孔的光纤的制造装置中，该空孔径的测定装置除了图10所示的结构以外，与上述第一实施方式所示的带空孔的光纤的制造装置1相同。
本实施方式的空孔径的测定方法和空孔径的测定装置30B中，表示从两个方向照射平行光线37a、37b而得到散射强度图案的情况。但是，在从一个方向照射平行光线37的情况下，也能够通过对光纤裸线22本身添加至少90°以上的旋转运动，得到与本实施方式同样的适当的中央暗部的宽度W。
在本实施方式中，也可以与上述第二实施方式同样，求取由带空孔的光纤得到的前方散射光的散射强度图案与由无空孔的光纤得到的前方散射光的散射强度图案的差谱，而决定中央暗部的宽度W。与上述情况同样，即使是具有多个空孔的带空孔的光纤或空孔径较大的带空孔的光纤，也能够测定其空孔径。
(第四实施方式)
图12是示意性地表示本发明的第四实施方式的用于进行空孔径的测定方法的空孔径的测定装置30C(30)的图。本实施方式的空孔径的测定装置30C与第一实施方式的不同点在于，还设置有光纤位置检测器39，其计量从检测部32到光纤裸线22的距离。
即使是具有相同的空孔外接圆径的带空孔的光纤，散射强度图案的中央暗部的宽度W也根据光纤裸线22与检测部32的相对位置而变化。作为该光纤裸线22与检测部32的相对位置变化的主要原因，例如能够举出拉丝中、不同拉丝操作中的光纤的通过线(pass line)的变化。如图13A所示，在将检测部32配置在与带空孔的光纤裸线22距离为L1的位置时，得到的散射强度图案44的中央暗部的宽度为W1。如图13B所示，在将检测部32配置在从图13A所示的位置进一步远离光纤裸线22ΔL距离的位置时，得到的散射强度图案45的中央暗部的宽度W2为比图13A的情况下得到的中央暗部的宽度W1大的值。像这样，散射强度图案的中央暗部的宽度W根据从检测部32到光纤裸线22的距离而变化，因此这成为测量误差的主要原因。
在本实施方式的空孔径的测定方法中，如图12所示在与检测部32垂直的方向设置光纤位置检测器39，总是检测光纤裸线22的位置。在光纤裸线22的位置发生变化时，对检测部32的位置进行微调整，使得光纤裸线22与检测部32的相对位置保持为正确(恒定)。此时，本实施方式的空孔径的测定装置30C优选还具有移动机构(在图12中未表示)，该移动机构根据来自光纤位置检测器39的信号使检测部32的位置移动。
这样，根据本实施方式的空孔径的测定方法，能够在将光纤裸线22与检测部32的位置保持为恒定的状态下进行空孔径的测定。因此，能够更精确且无误差地根据散射强度图案的中央暗部的宽度W计算出空孔径d。如果基于由本实施方式的空孔径的测定方法计算出的空孔径d，控制供给光纤母材21的空孔21a的气体的压力而制作带空孔的光纤，则能够得到在光纤的长度方向上空孔径d更稳定的带空孔的光纤25。此时，带空孔的光纤的制造装置，除了其空孔径的测定装置30为图12所示的结构之外，与上述第一实施方式所示的带空孔的光纤的制造装置1相同。
光纤裸线22与检测部32的相对位置的变化也会由带空孔的光纤的制造装置间的不同而引起。此时，以使得光纤裸线22与检测部32的相对位置为适当的位置的方式配置检测部32即可。
作为光纤位置检测器39，只要总是能够检测出光纤裸线22与检测部32的距离，就没有特别限定。该光纤位置检测器39优选在光纤裸线22到检测器32的位置发生变化时，将与该变化量对应的信号发送至上述移动机构。
在本实施方式中，也可以与上述第二实施方式同样地，求取由带空孔的光纤得到的前方散射光的散射强度图案与由无空孔的光纤得到的前方散射光的散射强度图案的差谱，而决定中央暗部的宽度W。与上述情况相同，即使是具有多个空孔的带空孔的光纤或具有空孔径较大的空孔的带空孔的光纤，也能够测定其空孔径。
此外，与上述第三实施方式相同，也可以在空孔径的测定装置30C中设置多个照射装置31(31A、31B)和检测部32(32A、32B)，从光纤裸线22的多个方向测定中央暗部的宽度W。与上述情况相同，能够得到适当的中央暗部的宽度W，进行高精度的空孔径的测定。此时，能够对同一装置赋予照射装置31和光纤位置检测器39的功能。此时，能够达到空孔径的测定装置的小型化。
实施例
(试验例1～3)
使用本发明的第三实施方式的空孔径的测定方法，使用该测定方法的图10所示的空孔径的测定装置30B，以及具有该空孔径的测定装置30B的光纤的制造装置1，制作图14所示的带空孔的光纤25。
带空孔的光纤25在玻璃芯层23的附近的包层24中具有沿周向等间隔排列的8个空孔22a。这些空孔22a沿着光纤25的长度方向形成。8个空孔的空孔径d全部相同。在包层24的周围配置有由第一覆盖层和第二覆盖层构成的覆盖层26。
在空孔径测定装置30B中设置有两个LED作为照射装置31。将这些照射装置31(31A、31B)配置为，从各个LED照射的平行光线37正交。在隔着光纤裸线22与各照射装置31(31A、31B)相对的位置，作为检测部32(32A、32B)分别设置有CCD线性传感器。在检测部32中央的正前方，设置有以不与空孔存在区域干涉的方式预先设定好的遮蔽器32a。
在信号处理部33中设定为，将由两个检测部32A、32B得到的两个散射强度图案43的中央暗部的宽度W中较大的数值用作中央暗部的宽度W。而且，将该值用于空孔外接圆径2r和/或空孔径d的运算处理。
光纤裸线22的外径为125.0μm。空孔位置p为19.5μm。
在本试验例中，对空孔径d不同的三种样品(试验例1～3)实施测定。此外，对没有形成空孔22a的光纤裸线也进行测定。
图15A～15C表示由光学显微镜测定出的三种空孔径d的值，和由各CCD线性传感器得到的散射强度图案的波形。此外，在图15D中表示由没有形成空孔22a的光纤裸线得到的散射强度图案。此外，在表1中综合表示其结果。
(表1)
Figure BPA00001306728000201
图15A～15C所示的中央暗部的宽度W为各散射强度图案的两个最大峰间的距离。带空孔的光纤裸线22的中央暗部的宽度W根据空孔径d的不同而不同。空孔径d越大，中央暗部的宽度W越宽。在没有形成空孔22a的光纤裸线的散射强度图案中，由于设置在检测部32中央的正前方的遮蔽器32a而形成有中央暗部。该中央暗部的宽度W小于由带空孔的光纤裸线22形成的中央暗部的宽度W。此外，根据图15D所示的数据能够确认，没有通过遮蔽器32a对空孔22a存在的区域产生干涉。
图16是表示试验例1～3中的中央暗部的宽度W(x轴)与空孔径d(y轴)的关系的图表。
如图16所示，在带空孔的光纤22的空孔径d与中央暗部的宽度W之间能够看到线性相关关系。由散射强度图案的中央暗部的宽度W(x轴)和空孔径d的实测值(y轴)得到的近似式大约是y＝2.08x-16.9，回归系数为(R2)，大约为1。
由以上结果可知，只要为相同的空孔位置p，则在由前方散射光38的散射强度图案得到的中央暗部的宽度W与实际的空孔径d间能够得到相关关系。由此能够确认，通过测定前方散射光38的中央暗部的宽度W，能够计算出空孔径d。
由与试验例1～3相同的装置，制作了空孔径不同的试验例4～16的带空孔的光纤。在本试验例4～16中，除了空孔径d包含比试验例1～3大的值以外，与试验例1～3相同。在这些试验例4～16中，如上述第二实施方式所示，使用带空孔的光纤的前方散射光的散射强度图案与无空孔的光纤的前方散射光的散射强度图案的差谱，求取中央暗部的宽度W。
在图17中表示由试验例4～16得到的中央暗部的宽度W(x轴)与空孔径d的实测值(y轴)的关系。
如图17所示，在带空孔的光纤22的空孔径d与中央暗部的宽度W之间看到线性相关关系。由根据差谱求得的中央暗部的宽度W(x轴)和空孔径d的实测值(y轴)得到的近似式大约为y＝1.20x-8.12，回归系数为(R2)，大约为1。此外，试验例1～3的中央暗部的宽度W的测定为10.3左右，与此相对，采用上述第二实施方式的测定方法的试验例4～16中，中央暗部的宽度W能够测定到15.5左右。
根据以上结果可知，只要为相同的空孔位置p，则在由前方散射光38的散射强度图案的差谱得到的中央暗部的宽度W与实际的空孔径d之间存在相关关系。由此能够确认，通过使用差谱测定前方散射光38的中央暗部的宽度W，能够计算出空孔径d。而且，通过采用上述第二实施方式的空孔径的测定方法，即使是空孔径大或空孔数多的带空孔的光纤，也能够高精度地测定其空孔径。
(实施例)
以与试验例1～3相同的条件和装置，制作了图14所示的带空孔的光纤25。此时，基于由空孔径的测定装置30B得到的散射强度图案的中央暗部的宽度W，利用压力控制部6对送至光纤母材21的空孔21a的气体的流量进行反馈控制，进行带空孔的光纤母材的拉丝。测定得到的带空孔的光纤22的空孔径d和弯曲损失。在表2中表示测定结果。样品数为22，将其平均值等表示为测定结果。
弯曲损失由基于IEC60793-1-47的方法测定。测定波长为1550nm，弯曲直径为10mm。
(比较例)
除了不进行在线的空孔径的运算(测定)，以及基于该测定的压力控制部6进行的气体流量的反馈控制之外，与实施例同样地制作了带空孔的光纤25。此外，与实施例同样地测定空孔径d和弯曲损失。在表2表示测定结果。比较例的样品数为22，将其平均值等表示为测定结果。
(表2)
Figure BPA00001306728000221
根据表2可知，由实施例得到的光纤的空孔在全长具有稳定的空孔径。因此，能够得到低弯曲损失的光纤。
产业上的可利用性
根据本发明的带空孔的光纤的测定方法，能够测定带空孔的光纤的空孔径而不对光纤施加弯曲等。其结果，不会对光纤造成损伤，不会对生产性造成不良影响。此外，使用前方散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系运算空孔径。因此，即使在存在多个空孔的情况下，也能够精确地测定空孔径。特别是能够在线测定空孔径，因此能够减少光纤的长度方向的空孔径的偏差，能够在其全长上确保制造出的光纤的光学特性。
附图标记说明
1带空孔的光纤的制造装；2熔融炉；4外径测定部；6压力控制部；
21带空孔的光纤母材；21a光纤母材的空孔；22带空孔的光纤裸线；
22a空孔；30(30A、30B、30C)空孔径的测定装置；
31(31A、31B)照射装置；32(32A、32B)检测部；32a遮蔽器；
33信号处理部；34运算部；37平行光线；38前方散射光；
39光纤位置检测器；43、44、45散射强度图案。

Claims (15)

1.一种带空孔的光纤的空孔径的测定方法，在对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线时，测定所述光纤裸线的空孔径，该带空孔的光纤的空孔径的测定方法的特征在于，包括以下步骤：
从由所述拉丝得到的所述带空孔的光纤裸线的侧面，向所述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线的步骤；
利用检测部连续检测由所述平行光线的照射所产生的前方散射光的步骤；以及
使用检测出的所述前方散射光的散射强度图案与所述空孔径的相关关系计算空孔径的步骤。
2.如权利要求1所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法，其特征在于：
所述平行光线对没有形成覆盖层的带空孔的光纤裸线进行照射。
3.如权利要求1所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法，其特征在于，还具有以下步骤：
将所述平行光线从无空孔的光纤裸线的侧面照射所述无空孔的光纤裸线来产生前方散射光，得到该前方散射光的散射强度图案的步骤；
求取由所述无空孔的光纤裸线得到的所述散射强度图案与由所述带空孔的光纤裸线得到的所述散射强度图案的差谱的步骤；以及
使用所述差谱与所述空孔径的相关关系求取所述空孔径的步骤。
4.如权利要求1所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法，其特征在于：
将所述平行光线从至少两个方向照射所述光纤裸线。
5.如权利要求1所述的带空孔的光纤的空孔径的测定方法，其特征在于：
测定所述带空孔的光纤裸线与所述检测部的距离，基于该测定结果以使得所述距离恒定的方式调节所述检测部的位置并且连续检测所述前方散射光。
6.一种带空孔的光纤的空孔径的测定装置，在对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线时，测定所述光纤裸线的空孔径，该带空孔的光纤的空孔径的测定装置的特征在于，具有：
照射装置，其从所述带空孔的光纤裸线的侧面对所述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线；
检测部，其连续检测由所述平行光线的照射所产生的前方散射光；以及
运算部，其使用检测出的所述前方散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系，运算和判定所述带空孔的光纤裸线的所述空孔径。
7.如权利要求6所述的带空孔的光纤的空孔径的测定装置，其特征在于：
具有多个所述照射装置和所述检测部。
8.如权利要求6所述的带空孔的光纤的空孔径的测定装置，其特征在于：
还具有光纤检测器，其计测所述检测部与所述光纤裸线的距离。
9.一种带空孔的光纤的制造方法，对带空孔的光纤母材加热而使其熔融并进行拉丝以制造带空孔的光纤裸线，该带空孔的光纤的制造方法的特征在于，具有以下步骤：
从所述带空孔的光纤裸线的侧面对所述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线的步骤；
利用检测部连续检测由所述平行光线的照射所产生的前方散射光的步骤；
使用检测出的所述前方散射光的散射强度图案与空孔径的相关关系计算所述带空孔的光纤裸线的空孔径的步骤；以及
根据计算出的所述空孔径控制提供给所述带空孔的光纤母材的空孔的气体流量，调整所述空孔内的压力的步骤。
10.如权利要求9所述的带空孔的光纤的制造方法，其特征在于，还具有：
将所述平行光线从无空孔的光纤裸线的侧面照射所述无空孔的光纤裸线来产生前方散射光，得到该前方散射光的散射强度图案的步骤；
求取由所述无空孔的光纤裸线得到的所述散射强度图案与由所述带空孔的光纤裸线得到的所述散射强度图案的差谱的步骤；以及
使用所述差谱与所述空孔径的相关关系计算所述空孔径的步骤。
11.如权利要求9所述的带空孔的光纤的制造方法，其特征在于：
还具有将所述平行光线从至少两个方向照射所述光纤裸线的步骤。
12.如权利要求9所述的带空孔的光纤的制造方法，其特征在于：
还具有测定所述带空孔的光纤裸线与所述检测部的距离，基于其测定结果以使得所述距离恒定的方式调节所述检测部的位置并且连续检测所述前方散射光的步骤。
13.一种带空孔的光纤的制造装置，其特征在于，包括：
熔融炉，其加热带空孔的光纤母材；
空孔径测定部，其测定由所述带空孔的光纤母材的拉丝而得到的带空孔的光纤裸线的空孔径；以及
压力控制部，其基于所述空孔径的测定值调整所述光纤母材的空孔内的压力，
所述空孔径测定部具有：
照射装置，其从所述带空孔的光纤裸线的侧面对所述带空孔的光纤裸线连续照射平行光线；
检测部，其检测由该照射产生的前方散射光的散射强度图案；以及
运算部，其使用所述散射强度图案与所述空孔径的相关关系，运算和判定所述带空孔的光纤裸线的空孔径，
所述压力控制部基于由所述运算部计算出的所述空孔径，控制供给所述光纤母材的所述空孔的气体流量，调整所述空孔内的压力。
14.如权利要求13所述的带空孔的光纤的制造装置，其特征在于：
所述空孔径测定部具有多个所述照射装置和所述检测部。
15.如权利要求13所述的带空孔的光纤的制造装置，其特征在于：
还具有光纤位置检测器，其计测所述检测部与所述光纤裸线的距离。
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