CN104284869B - 光纤的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明经过由以下工序构成的工序进行拉丝而制造光纤，即：光纤特性预测工序，在该工序中，在长度方向上至少在大于或等于2处测定拉丝前的光纤母材的截面径向的折射率分布，根据测定出的折射率分布对长度方向的大于或等于2个的光纤特性进行计算而进行预测；样品光纤特性测定工序，在该工序中，在拉丝开始端、或者拉丝开始端以及拉丝中途采集样品光纤，并对采集到的样品光纤的大于或等于2个的光纤特性进行测定；光纤特性校正工序，在该工序中，根据在样品光纤特性测定工序中测定出的样品光纤的光纤特性，对在光纤特性预测工序中计算出的大于或等于2个的光纤特性的长度方向变动进行校正；以及拉丝张力调整工序，在该工序中，以样品光纤采集位置及其之后的大于或等于2个的光纤特性在长度方向上均进入优良范围的方式决定拉丝张力，并对拉丝张力进行调整。

Description

光纤的制造方法
技术领域
本发明涉及一边对光纤母材加热熔融一边拉丝出光纤的光纤的制造方法。
背景技术
在光通信等中所使用的光纤是通过在加热炉中加热熔融光纤母材并进行拉丝而得到的，拉丝出的光纤优选在长度方向的全长上满足期望的光纤特性，并且其特性均匀。因此，利用预制棒测试仪(Preform Analyzer)等测定光纤母材的折射率分布而对截止波长等光纤的特性值进行计算·预测，确认这些特性是否变为期望值，并以进入期望值的范围内这样的拉丝条件进行拉丝。
例如，在专利文献1中记载有如下技术，即，根据光纤母材的折射率分布预先预测光纤特性(截止波长)，与预测值相对应地控制光纤母材的拉丝时的拉丝张力，从而使拉丝后的光纤的截止波长与作为目标的截止波长一致。
但是，对于该方法，如果是折射率分布在长度方向上均匀的光纤母材的拉丝，则没有问题，但由于预测部位是一个点，因此，在对在长度方向上折射率分布变动的光纤母材进行拉丝的情况下是不完整的方法，有时光纤特性值偏离期望的范围。此外，在拉丝时没有实际对拉丝出的光纤样品的光纤特性进行确认，因此，例如在实际的拉丝张力在批次之间有变动的情况、根据光纤母材的折射率分布计算出的光纤特性值与实际的光纤中的特性值存在误差的情况下等，拉丝出的光纤的截止波长特性不合格的可能性较大。
此外，在专利文献2中记载有以下技术，即预先在长度方向上测定光纤母材的折射率曲线而推定拉丝后的光纤的长度方向的截止波长的变动，在拉丝时与截止波长推定值相对应以使截止波长与目标的截止波长一致的方式，使用控制计算机在长度方向依次控制拉丝张力而进行拉丝。
根据该方法，能够实现在专利文献1所记载的方法中无法实现的、对长度方向的特性的变动进行控制的技术，但与专利文献1同样地，由于没有实际对拉丝出的光纤样品的光纤特性进行确认，因此在实际的拉丝张力在批次之间变动的情况下等，某些特性不合格的可能性较大。
在专利文献3中记载有以下技术，即在光纤母材的拉丝开始时对采集到的样品光纤的波长色散以及色散斜率进行测定，基于该测定出的波长色散以及色散斜率，求出用于获得作为目标的波长色散特性的目标拉丝张力以及目标纤芯直径，以求出的目标拉丝张力，且以成为目标纤芯直径的方式，进行光纤母材剩余部分的拉丝。
然而，该方法对折射率曲线在长度方向上均匀的光纤母材是有效的，但在长度方向上光纤特性变动的光纤母材的情况下，与专利文献1所记载的发明同样地，光纤特性值有可能产生偏离。
专利文献1：日本特开平2-289441号公报
专利文献2：日本特开平8-217481号公报
专利文献3：日本特开2001-220167号公报
发明内容
光纤的价格逐年降低，作为用于实现光纤成本降低的一个方法，在近些年尤其需要提高产品成品率。为此，优选在拉丝出的光纤的全长中，使光纤特性处于规格的范围内，使用对拉丝出的光纤的长度方向的特性变动进行预测，并以在全长上进入规格范围内的方式进行控制的方法。尤其在制造各特性的规格范围较窄的高功能光纤等的情况下，需要更正确地对变动进行预测并控制。
然而，如上所述，在专利文献1～3所记载的发明的内容中，在长度方向上光纤的特性变动的情况、光纤母材中的预测值与拉丝后的实际的光纤特性存在偏差的情况下等，有可能偏离规格范围。此外，光纤的特性中具有多个特性，尽管要求所有特性进入规格的范围内，但迄今为止没有想到使这些多个特性在长度方向上顺利进入规格范围内的方法，由于这些原因，无法使产品成品率提高。
本发明就是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于使通过拉丝得到的光纤的产品成品率提高，实现光纤成本降低。
本发明涉及的光纤的制造方法，其通过利用加热炉对光纤母材进行加热熔融并进行拉丝，而制造光纤，该光纤的制造方法的特征在于，经过以下工序进行拉丝，即：光纤特性预测工序，在该工序中，在长度方向上至少在大于或等于2处测定拉丝前的光纤母材的截面径向的折射率分布，根据测定出的折射率分布对长度方向的大于或等于2个的光纤特性进行计算而进行预测；样品光纤特性测定工序，在该工序中，在拉丝开始端、或者拉丝开始端以及拉丝中途采集样品光纤，并对采集到的所述样品光纤的所述大于或等于2个的光纤特性进行测定；光纤特性校正工序，在该工序中，根据在所述样品光纤特性测定工序中测定出的所述样品光纤的光纤特性，对在所述光纤特性预测工序中计算出的所述大于或等于2个的光纤特性的长度方向变动进行校正；以及拉丝张力调整工序，在该工序中，以所述样品光纤采集位置及其之后的所述大于或等于2个的光纤特性在长度方向上均进入优良范围的方式决定拉丝张力，并对所述拉丝张力进行调整。
在所述拉丝张力调整工序中，优选在光纤母材的长度方向上多次调整拉丝张力。
此外，在判明为，即使根据通过所述光纤特性校正工序得到的所述大于或等于2个的光纤特性，在拉丝张力调整工序中对拉丝张力进行调整，还是存在所述大于或等于2个的光纤特性中的任一个并非优良的部位的情况下，优选在所述非优良部位处停止拉丝。
发明的效果
根据本发明，由于正确地对拉丝的光纤的长度方向的光纤特性的变动趋势进行预测，对实际的光纤特性进行测定，以大于或等于2个的光纤特性在长度方向上均进入优良范围的方式决定拉丝张力，并一边进行调整一边进行拉丝，因此，能够使制造的光纤的产品成品率提高，能够实现光纤的成本降低。
附图说明
图1是示出本发明涉及的光纤的制造装置的概略结构的图。
图2是表示拉丝张力和截止波长的关系的曲线图。
图3是表示截止波长和波长色散的关系、截止波长和模场直径的关系的图形。
图4是示出实施例1涉及的对光纤母材的截止波长推定值、样品光纤的截止波长测定值、以及拉丝张力进行调整而进行拉丝的实际的光纤的截止波长测定值的曲线图。
图5是示出实施例2涉及的对光纤母材的截止波长推定值、样品光纤的截止波长测定值、以及拉丝张力进行调整而进行拉丝的实际的光纤的截止波长测定值的曲线图。
具体实施方式
根据图1，对本发明的光纤制造方法中使用的制造装置(拉丝装置)的概要进行说明。在图1中，100表示拉丝装置(光纤的制造装置)，1表示光纤母材，2表示光纤，11表示加热炉，12表示炉心管，13、15表示外径测定器，14表示树脂涂覆部，16表示绞盘，17～19表示辊，20表示线轴，标号21表示控制部。
光纤母材1固定在预给料装置(未图示)上，并插入加热炉11内的炉心管12的内部，通过加热炉11被加热·熔融。向该炉心管12的内部供给N2、Ar、He等惰性气体。从熔融的光纤母材1的下部拉丝出的光纤2从炉心管12的下方向外部放出。并且，光纤2利用外径测定器13测定玻璃直径，通过树脂涂覆部14利用树脂覆盖表面，之后进行固化。覆盖·固化有树脂的光纤2利用外径测定器15测定覆盖直径，并依次经过绞盘16以及辊17～19，而利用线轴20进行卷绕。
利用外径测定器13测定出的光纤2的玻璃直径，以及利用外径测定器15测定出的光纤2的覆盖直径输入至控制部21。通过该控制部21，而控制通过加热炉11的光纤母材1的加热温度(拉丝温度)、绞盘16的旋转速度，此外，控制光纤母材1的供给速度。
根据加热炉11的温度(拉丝温度)，拉丝张力(玻璃部张力)发生变化。即，温度越高拉丝张力越小，温度越低拉丝张力越大。拉丝张力例如可以利用在树脂涂覆部14的前侧安装的张力计(未图示)在线进行监测，但如果使用接触式的张力测定器，则在玻璃上形成划痕而光纤2的强度会劣化，因此通过在绞盘16的前侧，在进行拉丝过程中，对覆盖后的张力进行测定，从而间接地测定拉丝张力(玻璃部张力)。
下面，对本发明的光纤制造方法进行说明。
在本发明中，首先利用预制棒测试仪测定拉丝前的光纤母材的长度方向的折射率曲线，根据该折射率曲线对拉丝后的长度方向的光纤的光学特性进行推定(光纤特性预测工序)。作为光学特性，可列举出截止波长、波长色散、模场直径等。通过该光纤特性预测工序，也能够预测长度方向的光纤特性的变动趋势。
接着，将光纤母材1设置在图1的拉丝装置100中，并在对拉丝张力进行粗调整之后开始拉丝，在拉丝开始时或者在拉丝过程中采集样品光纤，并对该样品光纤测定大于或等于2个的光纤特性(样品光纤特性测定工序)。该样品光纤的特性值与根据该样品光纤采集位置附近的折射率曲线求出的光纤特性的推定值之间存在偏差，根据该偏差，使各光纤特性的长度方向的推定值平行移动与该偏差相对应的量，从而对在光纤特性预测工序中得到的长度方向的光纤特性进行校正(光纤特性校正工序)。
接着，根据在光纤特性校正工序中得到的大于或等于2个的光纤特性，以各光纤特性在长度方向上均进入目标范围内的方式决定拉丝张力，并在实际拉丝时调整为该拉丝张力(拉丝张力调整工序)。此时，为了使各光纤特性在长度方向上均进入目标范围内，在不是全长都进入目标范围的情况下，一边考虑在光纤特性校正工序中得到的长度方向的各特性的变动趋势，一边调整拉丝张力，以使得进入目标范围内的长度变为最长。
拉丝张力的控制是通过对加热炉11的供给电力的调整而进行的。如上所述，如果减少供给电力，则光纤母材的熔融点的熔融温度降低而粘度上升，拉丝张力增大。反之，如果增加供给电力则拉丝张力减小。
拉丝张力和截止波长的关系是如图2所示的关系，如果提高拉丝张力则截止波长变大，如果降低拉丝张力则截止波长变小。即，能够通过调整拉丝张力而对截止波长进行调整。
通过如上所述地对拉丝张力进行调整，以使得利用样品光纤测定出的截止波长的值与光纤母材的推定值尽可能一致，此外，在考虑长度方向的光纤特性的变动趋势的情况下，根据图2所示的拉丝张力和截止波长的关系，计算适当的拉丝张力，并用上述的方法调整拉丝张力，以使得在全长中特性值进入目标范围内。
对于除了截止波长之外的特性，如图3(A)的截止波长和波长色散、以及图3(B)的截止波长和模场直径的关系的例子所示，与截止波长具有相关性，因此通过调整为使截止波长进入适当的范围内，能够使其它特性也满足目标值。但是，这些关系存在波动，因此为了确认截止波长和这些模场直径、波长色散的关系，需要与这些特性相匹配地在样品光纤上进行测定。
另外，关于光纤特性随着拉丝张力而变化的机制，能够以下述方式说明。
由于光纤母材具有与径向的组成(折射率分布)相对应的粘性分布，因此通过拉丝，该分布作为残留应力的分布而残留在光纤中。如果改变拉丝张力，则光纤内的残留应力的分布发生变化，由于光弹性效应而光纤的折射率分布发生变化，因此光纤特性发生变化。如上所述，通过调整拉丝张力而光纤特性发生变化，因此能够得到期望的光纤特性。
另一方面，如图3所示，截止波长和模场直径以及截止波长和波长色散的关系存在波动。这依赖于光纤母材的折射率曲线、纤芯直径的制造波动，但在特性规格较窄的一部分的高功能光纤的制造中，这成为较大的问题。该波动的状态能够通过对除了截止波长之外的其它特性进行测定而确认。
另外，也能想到由于这些波动等，如果只是对拉丝张力进行调整，在长度方向的全部、或者一部分处光纤的特性也会偏离优良范围，但在该情况下，能够通过在中途停止拉丝，而不会产生不必要的不良件而制造出光纤。
(实施例1)
使用图1所示的装置进行光纤的拉丝。所准备的光纤母材是由掺杂有Ge的SiO2纤芯部、以及SiO2包层部构成的色散位移光纤母材，目标截止波长为1380±40nm，目标波长色散≤5.8ps/nm/km。预先利用预制棒测试仪对该光纤母材的5个部位(A1～A5)的折射率曲线进行测定，使用图2的关系求出所有测定点处的截止波长推定值为1380±40nm的拉丝张力，以求出的拉丝张力进行拉丝。
将光纤母材的根据预制棒测试仪测出的测定结果求出的长度方向的各位置处的截止波长和波长色散的推定值表示在表1中，根据在拉丝开始端处采集到的样品光纤的各特性求出与采集位置处的推定值的偏差，将使表1的值变化与偏差相对应的量而求出的截止波长和波长色散的推定值表示在表2中。在该情况下，可知在表2中A3～A4的截止波长推定值超出了目标截止波长的范围。因此，对与表1的母材的截止波长的偏差相当的拉丝张力进行计算，将再次进行拉丝张力的调整的情况下的截止波长与波长色散的推定值表示在表3中。如表3所示，由于在长度方向全长上得到满足目标值的推定值，因此继续之后的拉丝。表4示出用拉丝后的光纤测定出的截止波长和波长色散的值，可知能够得到在母材的全长范围内接近表3的推定值的优良光纤。
在图4中，示出光纤母材的截止波长推定值、样品光纤的截止波长测定值、以及进行张力调整而拉丝出的光纤的截止波长测定值。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
(实施例2)
使用图1所示的装置进行光纤的拉丝。光纤母材与实施例1同样地，是由掺杂有Ge的SiO2纤芯部、以及SiO2包层部构成的色散位移光纤母材，目标截止波长为1360±60nm，目标波长色散≤5.8ps/nm/km。预先利用预制棒测试仪对该光纤母材的5个部位(A1～A5)的折射率曲线进行测定，使用图2的关系求出所有测定点处的截止波长推定值为1360±60nm的拉丝张力，以求出的拉丝张力进行拉丝。
将光纤母材的根据预制棒测试仪测出的测定结果求出的长度方向的各位置处的截止波长和波长色散的推定值表示在表5中，根据在拉丝开始端处采集到的样品光纤的各特性求出采集位置处的偏差，将使表5的值变化与偏差相对应的量而求出的截止波长和波长色散的推定值表示在表6中。在该情况下，可知在表6中A5的波长色散推定值超出了目标值。因此，对与表5的母材的截止波长推定值的偏差相当的拉丝张力进行计算，将再次进行拉丝张力的调整的情况下的截止波长与波长色散的推定值表示在表7中。对与表5的母材的截止波长推定值的偏差相当的拉丝张力进行计算并进行了调整，但如表7所示，依然是A5的波长色散推定值再次超出目标值。此处在表7中示出A5的截止波长的值≤1420nm，但已经是接近于上限的值1418nm，对于波长色散也超过上限，因此根据图3的截止波长和波长色散的关系判断为不能够进行其以上的拉丝张力调整，停止A5之后的拉丝。表8示出用拉丝后的光纤测定出的截止波长和波长色散的值，可知至A4位置位置得到接近表3的推定值的优良光纤。
在图5中，示出光纤母材的截止波长推定值、样品光纤的截止波长测定值、以及进行张力调整而拉丝出的光纤的截止波长测定值。
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
另外，在上述实施例中，将拉丝张力在长度方向上设为恒定而进行拉丝，但也可以是在长度方向上使拉丝张力变化多次而进行拉丝。根据由光纤母材的测定结果求出的光纤特性的推定值的长度方向的变化趋势，以该变动减小的方式在长度方向上使拉丝张力变化，由此能够将光纤的特性的变动抑制为更小。
此外，也可以是在拉丝中途采集样品光纤，根据采集到的样品光纤的各特性再次求出与采集位置处的与推定值的偏差，再次调整拉丝张力。通过以上述方式进行调整，能够进一步提高光纤特性的预测精度，能够将光纤特性的变动抑制为更小。
本申请是基于2012年5月9日申请的日本专利申请(日本特愿2012-107418)而申请的，在这里，作为参照而引用其内容。
标号的说明
100：拉丝装置(光纤的制造装置)，1：光纤母材，2：光纤，11：加热炉，12：炉心管，13、15：外径测定器，14：树脂涂覆部，16：绞盘部，17～19：辊，20：卷绕鼓轮，21：控制部。

Claims (3)

1.一种光纤的制造方法，其通过利用加热炉对光纤母材进行加热熔融并进行拉丝，而制造光纤，
该光纤的制造方法的特征在于，经过以下工序进行拉丝，即：
光纤特性预测工序，在该工序中，在长度方向上至少在大于或等于2处测定拉丝前的光纤母材的截面径向的折射率分布，根据测定出的所述折射率分布，作为长度方向的大于或等于2个的光纤特性对截止波长和波长色散、或者截止波长和模场直径进行计算而进行预测；
样品光纤特性测定工序，在该工序中，在拉丝开始端、或者拉丝开始端以及拉丝中途采集样品光纤，并对采集到的所述样品光纤的所述大于或等于2个的光纤特性进行测定；
光纤特性校正工序，在该工序中，根据在所述样品光纤特性测定工序中测定出的所述样品光纤的光纤特性，对在所述光纤特性预测工序中计算出的所述大于或等于2个的光纤特性的长度方向变动进行校正；以及
拉丝张力调整工序，在该工序中，基于校正的所述光纤特性，以所述样品光纤采集位置及其之后的所述大于或等于2个的光纤特性在长度方向上均进入优良范围的方式决定拉丝张力，并对所述拉丝张力进行调整。
2.根据权利要求1所述的光纤的制造方法，其特征在于，
在所述拉丝张力调整工序中，在所述光纤母材的长度方向上多次调整拉丝张力。
3.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其特征在于，
在判明为，即使根据通过所述光纤特性校正工序得到的所述大于或等于2个的光纤特性，在所述拉丝张力调整工序中对拉丝张力进行调整，还是存在所述大于或等于2个的光纤特性中的任一个并非优良的部位的情况下，在所述非优良部位处停止拉丝。
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