CN104661975A - 光纤制造方法 - Google Patents

光纤制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104661975A
CN104661975A CN201380049666.XA CN201380049666A CN104661975A CN 104661975 A CN104661975 A CN 104661975A CN 201380049666 A CN201380049666 A CN 201380049666A CN 104661975 A CN104661975 A CN 104661975A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
temperature
process furnace
slow cooling
methods
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380049666.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104661975B (zh
Inventor
中西哲也
小西达也
桑原一也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN104661975A publication Critical patent/CN104661975A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104661975B publication Critical patent/CN104661975B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02718—Thermal treatment of the fibre during the drawing process, e.g. cooling
    • C03B37/02727—Annealing or re-heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02718—Thermal treatment of the fibre during the drawing process, e.g. cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/0253—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/002—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/60—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by diffusing ions or metals into the surface
    • C03C25/607—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by diffusing ions or metals into the surface in the gaseous phase
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
    • C03B2201/31—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with germanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/10—Internal structure or shape details
    • C03B2203/22—Radial profile of refractive index, composition or softening point
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/55—Cooling or annealing the drawn fibre prior to coating using a series of coolers or heaters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/56—Annealing or re-heating the drawn fibre prior to coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/60—Optical fibre draw furnaces
    • C03B2205/72—Controlling or measuring the draw furnace temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种方法，由此可充分降低假想温度，并且可以高产率制造低损耗光纤。当Tf(n)为在拉制步骤或缓慢冷却步骤中位置n处的芯的假想温度、Tf(n+1)为经过单位时间Δt后的芯的假想温度，并且τ(T(n))为位置n的目标温度T(n)下的芯的材料的结构松弛常数时，设置加热炉20的温度，使得在自第一位置至第二位置的区域的至少70％中，加热炉的温度相对于各个位置n处的目标温度T(n)的差在±100℃以内，其中所述第一位置位于光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500％处，所述第二位置位于光纤的温度T变为1400℃处，所述目标温度T(n)为Tf(n+1)最低的温度，从第一位置n＝0处的光纤的假想温度Tf(0)开始，通过利用下面递推公式进行计算而确定Tf(n+1)：Tf(n+1)＝T(n)+(Tf(n)-T(n))exp(-Δt/τ(T(n)))。

Description

光纤制造方法
技术领域
本发明涉及光纤制造方法。
背景技术
对于传输速率为100G比特/秒以上的高速光通信，需要高的光信噪比(OSNR)。越来越需要用作光传输线路的光纤为低损耗、低非线性的光纤。光纤的非线性与n2/Aeff成比例，其中n2为光纤的非线性折射率、Aeff为光纤的有效面积。有效面积Aeff越大，越有可能降低光能向芯的集中，并由此降低非线性。符合ITU-T G.652的标准单模光纤在1550nm波长处的有效面积Aeff为约80μm2。然而优选的是，低非线性光纤的有效面积Aeff在110μm2至180μm2的范围内。
较大的有效面积Aeff意味着对微弯的灵敏度更大。当安装光纤并在电缆中使用时，损耗增加。考虑到有效面积Aeff对微弯的影响，取决于光纤的折射率分布和杨式模量及树脂厚度等，有效面积Aeff优选在100μm2至150μm2的范围内。
作为低损耗光纤，已知的是芯由基本不含杂质的纯石英制成的光纤(PSCF)。然而，PSCF通常是昂贵的，因此，需要一种低损耗和低非线性的廉价光纤。就上述的大容量通信而言，据认为芯掺杂有GeO2的光纤(GCF)劣于PSCF。这是因为由于GeO2的浓度波动，使得GCF具有比PSCF更高的瑞利散射损耗。
日本未审查专利申请公开No.2006-58494描述了用于降低GCF中的衰减的缓慢冷却技术。在该技术中，在拉制炉的下游设置用于缓慢冷却的加热炉，其中，将光纤母材加热并软化从而拉制成光纤。在该缓慢冷却炉中将光纤缓慢冷却从而降低光纤的假想温度，从而有可能抑制光纤中的瑞利散射，并由此实现低损耗特性。
传统的缓慢冷却技术没有在预定范围内优化光纤的温度历史。因此，这种传统的缓慢冷却技术可能不会充分地降低光纤中的衰减，并有可能使生产性劣化，这是由于用于缓慢冷却的加热炉可能比需要的更长，或者为了确保较长的缓慢冷却时间，拉制速度可能变慢。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种方法，通过该方法，可充分降低假想温度，并且可以高的生产率来制造低损耗光纤。
解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明提供一种光纤制造方法，所述方法用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，其中，该光纤母材具有由含有GeO2的石英玻璃制成的芯。所述方法包括：拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及缓慢冷却步骤，包括使在所述拉制步骤中所得的光纤穿过温度低于拉制炉中的加热温度的加热炉。令Tf(n)为在所述拉制步骤或缓慢冷却步骤中位置n处的芯的假想温度、令Tf(n+1)为经过单位时间Δt后的芯的假想温度，并令τ(T(n))为位置n的目标温度T(n)下的芯的材料的结构松弛常数，这样设置加热炉的温度，以使得在自第一位置至第二位置的区域的至少70％中，加热炉的温度相对于各个位置n处的目标温度T(n)的差在±100℃以内，其中所述第一位置位于光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500％处，所述第二位置位于光纤的温度T变为1400℃处，并且所述目标温度T(n)为Tf(n+1)最低的温度，从第一位置n＝0处的光纤的假想温度Tf(0)开始，通过利用下面递推公式进行计算而确定Tf(n+1)，
Tf(n+1)＝T(n)+(Tf(n)-T(n))exp(-Δt/τ(T(n)))。
在根据本发明的光纤制造方法中，在拉制炉中形成后光纤暴露于温度为500℃以下的气体中的位置处，光纤在横截面方向上的平均温度可为1650℃以下。另外，光纤的外径在长度方向上的变化的3σ可不超过0.2μm。
根据本发明第二方面的光纤制造方法为这样的方法，所述方法用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，其中，该光纤母材具有由含有GeO2的石英玻璃制成的芯。所述方法包括：拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及缓慢冷却步骤，包括使在所述拉制步骤中所得的光纤穿过温度低于拉制炉中的加热温度的加热炉。在加热炉的入口处光纤的温度为大于或等于1400℃且小于或等于1650℃。在光纤的玻璃外径小于最终外径的500％并且光纤的温度为1700℃以上的位置处，光纤的冷却速率为10000℃/s以上。在光纤的温度大于或等于1400℃且小于或等于1600℃的位置处，光纤的冷却速率为5000℃/s以下。
在第二方面的光纤制造方法中，在所述缓慢冷却步骤中，缓慢冷却区域的长度可为1.5m以上。所述缓慢冷却步骤中所用的加热炉可包括上游加热炉和下游加热炉，并且所述下游加热炉的内表面温度可高于所述上游加热炉的内表面温度。具体而言，所述下游加热炉的内表面温度可比所述上游加热炉的内表面温度至少高50℃。可将所述下游加热炉的内表面温度设定为穿过所述下游加热炉的光纤的假想温度的±100℃以内。
第一或第二方面的光纤制造方法还可包括重氢处理步骤，所述重氢处理步骤包括在所述缓慢冷却步骤之后，将光纤暴露于重氢气氛中。
发明的有益效果
根据本发明，可以充分降低假想温度，并且可以高的生产率来制造低损耗光纤。
附图简要说明
图1为根据本发明的的光纤的横截面图。
图2为示出用于制造图1所示光纤的拉制设备的构成的概念图。
图3为示出石英玻璃的拉曼光谱的图。
图4为用于说明假想温度Tf(n)、假想温度Tf(n+1)、和温度T之间的关系的图。
图5为示出用于测定光纤在各位置处的目标温度T(n)的程序的流程图。
图6为示出所推导出的、适于标准单模光纤的缓慢冷却热历史的图。
具体实施方式
现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方案。在附图的说明中，对相同的部件给以同样的参考数字，并且省略重复的描述。
图1是根据本发明的光纤1的横截面图。所述光纤1是石英类光纤，并包括具有中心轴的中心芯11、包围所述中心芯11的光学包层12和包围所述光学包层12的护套13。
分别描述中心芯11和护套13相对于光学包层12的折射率的相对折射率差。将中心芯11的折射率描述为等效阶跃折射率(ESI)。将光学包层12和护套13间的界限处的折射率的径向变化的差值最大处的直径定义为光学包层12的外径。将自光学包层12的外沿至玻璃的最外沿的区域中的折射率平均值用作护套13的折射率。
光纤1具有包含GeO2的中心芯。光纤1的折射率分布可以是阶梯形、W形、沟形和环-芯形中的任意一者。若折射率分布是W形、沟形和环-芯形中的任意一者，则将这样的折射率分布部分定义为中心芯，其中，大部分光能在述部分中传播，并且所述部分基本限定了模场；并且将围绕该中心芯的部分定义为光学包层。
中心芯11还可包含氟元素。光学包层12的折射率低于中心芯11的折射率。光学包层12可由纯石英玻璃或者以氟元素掺杂的石英玻璃制成。护套13由石英玻璃制成。护套13可含有氯元素，并且除氯元素以外基本不含杂质。
抑制光纤1中的瑞利散射可以降低光纤1的衰减。可通过降低光纤1的玻璃的假想温度来有效抑制瑞利散射。下述第一和第二方法为用于降低玻璃的假想温度的方法的例子。
用于降低光纤1的玻璃的假想温度的第一方法是这样的方法(缓慢冷却法)，其中，当拉制光纤母材以形成光纤1时，延缓通过拉制所形成的光纤的冷却速率以促进玻璃网络的结构松弛并降低玻璃的假想温度。用于降低光纤1的玻璃的假想温度的第二方法是这样的方法，其中，向中心芯11掺杂非常少量的掺杂剂，这会促进中心芯11的结构松弛，但不会增加由光吸收引起的衰减，从而降低玻璃的假想温度。
光纤1中的瑞利散射可通过第一或第二方法，或者可以通过这两种方法的适当组合来抑制。下面将描述缓慢冷却方法。
图2为示出用于制造光纤1的拉制设备的构成的概念图。该拉制设备包括拉制炉10、加热炉20、强制冷却单元20、模具40、UV照射单元50、和卷取线轴60。所述加热炉20包括上游加热炉21和下游加热炉22。所述拉制设备拉制光纤母材2从而形成光纤1。
光纤1通过下面方法制造。首先，通过气相玻璃合成法(如，VAD、OVD、MCVD、或PCVD)形成导光的芯和光学包层。然后，通过VAD、OVD、APVD、棒塌缩法(rod-in-collapse method)等方法围绕光学包层形成护套层，从而形成光纤母材2。将所得光纤母材2固定在拉制塔。在拉制炉10中，通过将光纤母材2的下端部加热至高于或等于工作点的温度从而使之软化，由此，光纤母材2被其自重拉伸。伸长并且下垂的玻璃被适当地拉制成光纤。在控制光纤的外径的同时，光纤通过用于涂布树脂的模具40，以及用于使该树脂固化的UV照射单元50，并形成为树脂包覆的光纤，然后将其卷绕在卷取线轴60上。
通常，光纤1在护套13的外周上具有树脂包覆层。树脂包覆层具有双层结构，包括一次包覆层和二次包覆层。该一次包覆层用于防止外力直接作用于玻璃纤维，并且该二次包覆层用于防止外部损伤。用于涂布各个树脂覆层的模具40可以在拉制步骤中串联布置。或者，模具40可以同时形成两层。由于在后一情况中，可降低拉制塔的高度，因此，可以降低构建容纳拉制塔的建筑的成本。
加热炉20控制通过拉制所得到的光纤的冷却速率。通过在拉制炉10和模具40之间设置加热炉20，可以将模具40的入口处的玻璃纤维的表面温度控制在适宜的水平。为了抑制由紊流引起的、并且施加至经拉制所得的纤维上的震动，优选的是，控制冷却速率的装置中的气流的雷诺数较低。通过控制玻璃纤维的冷却速率，可以抑制瑞利散射，从而获得具有低衰减的光纤。
用于固化树脂的UV照射单元40不仅对该UV照射单元中的UV光强度进行反馈控制，还对UV照射单元中的温度进行反馈控制，从而适当控制树脂的固化速率。UV照射单元40的优选的例子包括磁控管或紫外LED。在使用紫外LED时，由于这种光源自身不发热，所以额外地设置用于引入热空气的机构，以在该UV照射单元中维持适宜的温度。从树脂脱落的成分粘附于UV照射单元40的中心管的内表面。因此，改变了拉制过程中到达包覆层的UV光的功率。因此，可以预先监测拉制过程中UV光的功率的降低程度，并且根据拉制时间来控制UV光的功率，以使得施加至包覆层的UV光的功率变得恒定。可以监测并控制从UV照射单元的中心管泄漏的UV光，以使得施加至包覆层的UV光的功率变得恒定。由此，可以获得整个长度上具有均一的断裂强度的光纤。
优选的是，适当地设定两个包覆层中的二次包覆层的厚度，以确保对外部损伤的抵抗。通常，该二次包覆层的厚度优选地大于或等于10μm，更优选地大于或等于20μm。
将如上所述形成并缠绕在卷取线轴上的光纤1的包覆层根据需要着色。然后，该光纤1用作成品，如光缆或光索(optical cord)。
在本实施方案中，在拉制炉10中形成的光纤1从该拉制炉10中出来，经过加热炉20，然后进入模具40。在以下两点之间的区域在加热炉20中以1000℃/s至10000℃/s范围内的冷却速率连续冷却，所述两点分别为在光纤母材2的软化的下端部中并且直径小于或等于光纤1的最终外径(通常为125μm)的500％的点、以及所形成的光纤的温度变为1400℃的点。加热炉20布置在拉制炉10下面，或者更具体而言，在所形成的光纤1实质上从拉制炉10中出来这样的平面(拉制炉出口)下面。拉制炉10的出口与加热炉20的入口之间的距离为1m以下。拉制炉10的出口与加热炉20的入口之间的区域优选具有隔热结构，其防止所形成的光纤1的温度降低。在进入加热炉20处的光纤1的温度优选大于或等于1000℃，更优选为大于或等于1400℃。
因此，可缩短加热炉20的长度，其中，在该加热炉20中，光纤1被再次加热至该光纤1可实质上进行结构松弛的温度(通常为玻璃化转变温度或以上的温度)，因此可能需要较长的结构松弛时间。令V为拉制速率，这样设定加热炉20的长度L，使得L/V为0.05秒以上。加热炉20优选包括多个炉21和22。这使得可以控制光纤1在长度方向上的冷却速率。通过在制造中使用加热炉20，可获得瑞利散射得到抑制的光纤。
增大L/V值可以降低玻璃的假想温度。然而，在本申请应用时的技术水平的基础上考虑到经济合理性，拉制速度V优选为30m/s以上。例如，为了实现L/V＝0.2s，需要加热炉的长度L为6m。对于更高速度的拉制，会增大加热炉20的长度L，并且这会导致加工效率降低，或者，需要增大拉制设备的整体高度，这导致基建投资增大。因此，需要权衡以获得加工效率、更小的基建投资、线速度、和低损耗特性。为了创建经济的生产条件，重要的是，有效进行缓慢冷却、并减小加热炉20的必要长度L。
图3为示出了石英玻璃的拉曼光谱的图。在525cm-1和475cm-1之间的波数范围内绘制基线，并且计算由基线和光谱围成的D1峰面积。另外，在880cm-1和740cm-1之间的波数范围内绘制基线，并且计算基线和光谱之间围成的800cm-1峰面积。石英玻璃的假想温度可以利用D1峰面积与800cm-1峰面积的比和下述假想温度之间的关系获得，其中所述假想温度预先用块体玻璃等通过IR技术(参见D.-L.Kim等人,J.Non-Cryst.Solids,第286卷,第136-138页(2001))测量。可通过测量光纤的各个部分处的石英玻璃的显微拉曼散射光谱，并使用上述方法评价光纤的假想温度。
将参照用于说明假想温度Tf(n)、假想温度Tf(n+1)、和温度T之间的关系的图(图4)，说明本实施方案的光纤制造方法中的缓慢冷却操作。本实施方案的光纤制造方法包括：拉制步骤，包括在拉制炉10中加热并软化光纤母材2的一端从而将该光纤母材2拉制成光纤1；以及缓慢冷却步骤，包括使在所述拉制步骤中所得的光纤1穿过温度低于拉制炉10中的加热温度的加热炉20。该光纤制造方法包括进行下面的缓慢冷却步骤。
表示玻璃结构的松弛速率的结构松弛常数τ取决于材料和温度T，并且由方程(1)表示：
τ(T)＝Aexp(Ea/kBT)……(1)，
其中，A为系数，Ea为活化能，kB为波尔兹曼常数。
令Tf(n)为在拉制步骤或缓慢冷却步骤中位置n处的芯的假想温度、Tf(n+1)为经过单位时间Δt后的芯的假想温度，T(n)为位置n处的目标温度，则可建立方程(2)所示的递推公式
Tf(n+1)＝T(n)+(Tf(n)-T(n))exp(-Δt/τ(T(n)))……(2)，
图4示出了由该递推公式表示的关系。
方程(2)表明，如图4所示，如果温度T过低，则结构松弛常数τ增大，并且结构松弛时间变长，因此经过单位时间后的假想温度Tf(n+1)变高。另一方面，若温度T过高，由于与该假想温度平衡的温度升高，因此经过单位时间后的假想温度Tf(n+1)变高。因此，当温度T过低或过高时，经过单位时间后的假想温度Tf(n+1)较高。存在一个经过单位时间后的假想温度Tf(n+1)最低的温度。
通常，对穿过加热炉20的光纤、而不对进入加热炉20之前的光纤进行温度T的优化。在本实施方案中，设置加热炉20的温度，以使得在自第一位置至第二位置的区域的至少70％中，光纤的假想温度Tf(0)有效降低，其中在第一位置处光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500％，在第二位置处光纤的温度T变为1400℃。具体而言，设置加热炉20的温度，以使得相对于目标温度T(n)的差在±100℃以内(优选为±50℃以内)。目标温度T(n)为Tf(n+1)最低的温度，其中，Tf(n+1)是从第一位置(n＝0)处的光纤的假想温度Tf(0)开始、在各个位置n处通过利用上面递推公式进行计算而确定的。
图5为示出用于测定光纤在各位置处的目标温度T(n)的程序的流程图。首先，将第一位置(n＝0)处的光纤的假想温度设为Tf(0)(步骤1)。由于在第一位置处τ(T)较小，因此假想温度Tf(0)基本等于实际温度T。然后，通过分析或数值分析来确定经单位时间Δt后芯的假想温度Tf(1)最低的目标温度T(0)(步骤2)。同样地，对于特定位置n处的芯的假想温度Tf(n)，确定经单位时间Δt后芯的假想温度Tf(n+1)最低的目标温度T(n)。该程序始于光纤的玻璃外径变为预定的外径的第一位置。在目标温度T(n)变为预定温度以下(步骤3)的第二位置处，该程序结束(步骤4)。然后，设置加热炉20的温度，以使得相对于目标温度T(n)的差在±100℃以内(优选为±50℃以内)(步骤5)。
程序开始的第一位置为这样的位置，在该位置处光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500％，并优选为这样的位置，在该位置处光纤的玻璃外径变为小于最终外径的200％。由此，可以进行缓慢冷却而不会牺牲光纤的外径的可控性。程序结束的第二位置为这样的位置，在该位置处，光纤的目标温度变为1400℃。由此，可充分降低假想温度。
通过按如上所述的方式确定目标温度，对于给定的材料，可以确定在假想温度最有效降低时光纤所经历的温度历史，并且由此，可以获得瑞利散射受到抑制的光纤。因此，可缩短获得预定衰减所需的缓慢冷却时间，并且可降低用于缓慢冷却的加热炉的长度。
在温度剧烈变化的位置，发生紊流，并且施加至光纤的冷却效率随机变化。若该点处光纤的粘度较低，则光纤的外径改变。因此，在于拉制炉10中形成以后光纤首次暴露于温度为500℃以下的气体的位置处，该光纤在横截面方向上的平均温度优选为1650℃以下，更优选为1550℃以下。因此，可在降低假想温度的同时，将外径的变化降低至以3σ计约为±0.2μm以下。
图6为示出所推导出的、适于标准单模光纤的缓慢冷却热历史的图。在芯掺杂有3.5mol/％的GeO2的标准单模光纤中，方程(1)中的参数值为A＝0.8×10-15和Ea＝-4.67eV。如图6所示，在适当的缓慢冷却热历史中，降低假想温度的有效方式为，当光纤温度高时，快速冷却光纤，并随着光纤温度降低，降低光纤的冷却速率。
为了获得适于标准单模光纤(符合ITU-T G.652)的光学特性，将芯中的GeO2的浓度设定在约3.0mol％至约4.0mol％的范围内。在这种情况下，当将光纤缓慢冷却从而获得图6所示的适当的缓慢冷却热历史时，假想温度的预测变化可落入±50℃以内。然而，τ(T)值将随芯中的额外添加剂以及护套的组成而变化。通过实验的方式从光纤母材的组成确定τ(T)值，并利用上述技术，可推导出缓慢冷却的热历史，其中无论光纤母材的组成是怎样的，均可有效降低假想温度。
在实际的拉制步骤和缓慢冷却步骤中，将光纤的温度设得越是接近所推导出的目标温度历史，越能够有效降低光纤的假想温度。当以这样的方式进行拉制操作时，可有效降低光纤的假想温度，所述方式为，在进行该拉制操作的区域的至少70％中，实际温度与所推导出的目标温度历史之差优选地在±100℃以内。更优选地，所述温度差在±50℃以内。
优选的是，按照图6所示的理想温度分布控制光纤的温度。然而，可能难以精确控制光纤的温度。这种情况下，分别对范围在1700℃及以上的温度以及范围在1400℃至1600℃的温度确定平均冷却速率，然后控制光纤的温度以所确定的平均冷却速率降低。在图6的情况中，光纤温度为1700℃以上的区域中的平均冷却速率为10000℃/s，光纤温度在1400℃至1650℃的范围内的区域中的平均冷却速率为5000℃/s以下(更优选为3000℃/s以下)。适当的热历史的时间依存性与线速度无关，是恒定的。因此，可按照线速度来修正加热炉的必要长度以及安装位置。
在加热炉20的入口处的光纤的温度优选为1400℃以上。这可防止光纤的温度的过度降低，以及松弛常数的增大。另外，在加热炉20的入口处的光纤的温度优选为1650℃以下。这可以在温度拐点处充分降低温度，并且可将外径的变化减小至0.15μm以内。
通过对光纤给以图6所示的、理想地为0.05秒以上的适当的缓慢冷却热历史，可将光纤的假想温度降低至1560℃以下，并且可将1.55μm波长处的衰减降低至0.182dB/km以下。这种情况下，在生产线速度为30m/s以上(其对于获得经济的光纤是必要的)时，缓慢冷却区域(温度为目标温度的±100℃以内)需要长1.5m以上。然而，缓慢冷却区域过长是不优选的，因为产生了对更高的拉制塔的总高度的需要，并且加工效率降低，并且建设成本增大。用于缓慢冷却的加热炉的长度优选为8m以下、更优选为5m以下、还更优选为2m以下。
优选的是，以5000℃/s以下的冷却速率降低加热炉20内的温度，并且，光纤温度朝向下游部逐渐降低。然而，在实际生产中，由于烟囱效应在加热炉20内产生向上的气流，因此温度与室温接近的气体从加热炉20的下游部流入加热炉20中。这降低了光纤在加热炉20内实际所暴露的气体的温度。加热炉20中的温度朝向上游部升高并且接近该加热炉20的内表面温度。因此，通过使下游加热炉22的内表面温度高于上游加热炉21的内表面温度，可获得适当的缓慢冷却热历史。优选的是，使下游加热炉22的内表面温度比上游加热炉21的内表面温度高至少50℃。
通过使下游加热炉22的内表面温度在所形成的光纤的假想温度的±100℃以内(更优选±50℃以内)，可容易地接近理想的缓慢冷却热历史。
通过本实施方案的光纤制造方法，可经济地获得这样的光纤，其中，1550nm波长处的衰减降至0.182dB/km以下(优选0.179dB/km以下)，另外，可经济地获得这样的光纤，其中，1383nm波长处的由OH自由基导致的衰减降至0.02dB/km以下。
如果加热炉20至强制冷却单元30之间的距离小，并且在强制冷却单元30入口处的光纤的温度为1200℃以上，则光纤的氢抵抗特性可能劣化。通过增加包括将光纤暴露于重氢气氛中的重氢处理步骤，可防止由氢扩散引起的衰减增加，并可获得低损耗光纤。
工业实用性
本发明适用于需要低损耗特性的光传输线路。
引用列表
非专利文献
非专利文献1：S.Sakaguchi,et al.,Applied Optics,Vol.37,Issue33,pp.7708-7711(1998)
非专利文献2：K.Saito,et al.,J.Am.Ceram.Soc.,Vol.89[1],pp.65-69(2006)
非专利文献3：IEICE Technical ReportOFT2007-19(2007-8)

Claims (9)

1.一种光纤制造方法，其用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，所述光纤母材具有由含有GeO2的石英玻璃制成的芯，所述方法包括：
拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化所述光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及
缓慢冷却步骤，包括使所述光纤穿过温度低于所述拉制炉中的加热温度的加热炉，
其中，这样设置加热炉的温度，以使得在自第一位置至第二位置的区域的至少70％中，所述加热炉的温度相对于各个位置n处的目标温度T(n)的差在±100℃以内，其中所述第一位置为所述光纤的玻璃外径变为小于最终外径的500％的位置，所述第二位置为所述光纤的温度T变为1400℃的位置，并且所述目标温度T(n)为Tf(n+1)最低的温度，Tf(n+1)为经过单位时间Δt后的所述芯的假想温度，并且从第一位置n＝0处的所述光纤的假想温度Tf(0)开始，通过利用下面递推公式进行计算而确定Tf(n+1)，
Tf(n+1)＝T(n)+(Tf(n)-T(n))exp(-Δt/τ(T(n)))，
其中Tf(n)为在所述拉制步骤或缓慢冷却步骤中位置n处的所述芯的假想温度，并且τ(T(n))为位置n的目标温度T(n)下的所述芯的材料的结构松弛常数。
2.根据权利要求1所述的光纤制造方法，其中，
在于所述拉制炉中形成后将所述光纤暴露于温度为500℃以下的气体的位置处，所述光纤在横截面方向上的平均温度为1650℃以下。
3.根据权利要求1或2所述的光纤制造方法，其中，
所述光纤的外径在长度方向上的变化的3σ不超过0.2μm。
4.一种光纤制造方法，其用于通过拉制光纤母材从而制造光纤，所述光纤母材具有由含有GeO2的石英玻璃制成的芯，所述方法包括：
拉制步骤，包括在拉制炉中加热并软化所述光纤母材的一端从而将该光纤母材拉制成光纤；以及
缓慢冷却步骤，包括使所述光纤穿过温度低于所述拉制炉中的加热温度的加热炉，
其中，在所述加热炉的入口处所述光纤的温度为大于或等于1400℃且小于或等于1650℃；
在所述光纤的玻璃外径小于最终外径的500％并且所述光纤的温度为1700℃以上的位置处，所述光纤的冷却速率为10000℃/s以上；并且
在所述光纤的温度大于或等于1400℃且小于或等于1600℃的位置处，所述光纤的冷却速率为5000℃/s以下。
5.根据权利要求4所述的光纤制造方法，其中，在所述缓慢冷却步骤中，缓慢冷却区域的长度为1.5m以上。
6.根据权利要求4所述的光纤制造方法，其中，
所述缓慢冷却步骤中所用的所述加热炉包括上游加热炉和下游加热炉，并且所述下游加热炉的内表面温度高于所述上游加热炉的内表面温度。
7.根据权利要求4所述的光纤制造方法，其中，
所述缓慢冷却步骤中所用的所述加热炉包括上游加热炉和下游加热炉，并且所述下游加热炉的内表面温度比所述上游加热炉的内表面温度高至少50℃。
8.根据权利要求6或7所述的光纤制造方法，其中，
将所述下游加热炉的内表面温度设定为穿过所述下游加热炉的所述光纤的假想温度的±100℃以内。
9.根据权利要求1或4所述的光纤制造方法，还包括重氢处理步骤，所述重氢处理步骤包括在所述缓慢冷却步骤之后，将所述光纤暴露于重氢气氛中。
CN201380049666.XA 2012-09-24 2013-09-24 光纤制造方法 Active CN104661975B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012209504A JP6048031B2 (ja) 2012-09-24 2012-09-24 光ファイバ製造方法
JP2012-209504 2012-09-24
PCT/JP2013/075611 WO2014046274A1 (ja) 2012-09-24 2013-09-24 光ファイバの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104661975A true CN104661975A (zh) 2015-05-27
CN104661975B CN104661975B (zh) 2017-09-19

Family

ID=50341573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380049666.XA Active CN104661975B (zh) 2012-09-24 2013-09-24 光纤制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150251945A1 (zh)
EP (1) EP2899168B1 (zh)
JP (1) JP6048031B2 (zh)
CN (1) CN104661975B (zh)
DK (1) DK2899168T3 (zh)
WO (1) WO2014046274A1 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107406299A (zh) * 2015-10-29 2017-11-28 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107406298A (zh) * 2016-03-16 2017-11-28 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107428592A (zh) * 2015-10-29 2017-12-01 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107817552A (zh) * 2016-09-13 2018-03-20 住友电气工业株式会社 光纤和着色光纤
CN108025943A (zh) * 2015-09-10 2018-05-11 康宁股份有限公司 生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤
CN108698905A (zh) * 2016-02-24 2018-10-23 康宁股份有限公司 加工光纤的方法和系统
CN109641777A (zh) * 2016-08-30 2019-04-16 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN111656234A (zh) * 2018-01-11 2020-09-11 住友电气工业株式会社 光纤、经涂覆的光纤以及光学传输系统
CN113340504A (zh) * 2021-07-13 2021-09-03 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种从熔石英假想温度分布获取残余应力分布的方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6303744B2 (ja) * 2014-04-11 2018-04-04 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造装置および光ファイバの製造方法
US10322963B2 (en) * 2014-12-02 2019-06-18 Corning Incorporated Low attenuation optical fiber
JP6545568B2 (ja) 2015-08-11 2019-07-17 株式会社フジクラ 光ファイバ素線の製造方法
PL3368489T3 (pl) * 2015-10-30 2023-05-08 Corning Incorporated Sposoby wytwarzania włókna optycznego
JP6397109B2 (ja) * 2017-11-02 2018-09-26 株式会社フジクラ 光ファイバの製造方法
EP4023619A4 (en) * 2019-08-30 2023-12-06 Furukawa Electric Co., Ltd. OPTICAL FIBER
JP2023513758A (ja) 2020-02-14 2023-04-03 コーニング インコーポレイテッド 光ファイバを処理するシステムおよびその方法
WO2021225802A2 (en) * 2020-05-08 2021-11-11 Corning Incorporated Slow cooling of optical fibers having halogen doped cores
US20220234937A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Macleon, LLC System and method of refining optical fiber
CN113716862B (zh) * 2021-09-01 2023-03-21 中天科技光纤有限公司 光纤的制备方法及其装置
AU2023201001A1 (en) 2022-03-31 2023-10-19 Sterlite Technologies Limited In-tower optical fiber bending

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1350509A (zh) * 1999-05-27 2002-05-22 住友电气工业株式会社 光纤的制造装置和制造方法
US20020059816A1 (en) * 1999-05-27 2002-05-23 Katsuya Nagayama Apparatus and method for making optical fiber
US20050259932A1 (en) * 2002-07-10 2005-11-24 Katsuya Nagayama Optical fiber and a method for manufacturing same
CN1721352A (zh) * 2004-07-16 2006-01-18 古河电气工业株式会社 光纤及其评价和制造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0459631A (ja) * 1990-06-27 1992-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバの線引方法
JP3362329B2 (ja) * 1995-06-26 2003-01-07 住友電気工業株式会社 光ファイバ接続部材とその製造方法及び接続方法
JP4356154B2 (ja) * 1999-10-12 2009-11-04 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法及び製造装置
JP4482954B2 (ja) * 1999-05-27 2010-06-16 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
CA2355819A1 (en) * 2000-08-28 2002-02-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber, method of making optical fiber preform, and method of making optical fiber
US20040031291A1 (en) * 2001-01-31 2004-02-19 Takahiro Hamada Drawing method for optical fiber
US20020178762A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-05 Foster John D. Methods and apparatus for forming and controlling the diameter of drawn optical glass fiber
JP2003114347A (ja) * 2001-07-30 2003-04-18 Furukawa Electric Co Ltd:The シングルモード光ファイバ、その製造方法および製造装置
US6803335B2 (en) * 2001-08-03 2004-10-12 The University Of Southampton Gallium lanthanum sulfide glasses and optical waveguides and devices using such glasses
US20030200772A1 (en) * 2002-04-30 2003-10-30 Foster John D. Methods and apparatus for forming optical fiber
JP4558368B2 (ja) * 2004-04-09 2010-10-06 古河電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
JP4663277B2 (ja) 2004-08-18 2011-04-06 株式会社フジクラ 光ファイバ素線及びその製造方法
JP5621194B2 (ja) * 2009-01-22 2014-11-05 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1350509A (zh) * 1999-05-27 2002-05-22 住友电气工业株式会社 光纤的制造装置和制造方法
US20020059816A1 (en) * 1999-05-27 2002-05-23 Katsuya Nagayama Apparatus and method for making optical fiber
US20050259932A1 (en) * 2002-07-10 2005-11-24 Katsuya Nagayama Optical fiber and a method for manufacturing same
CN1721352A (zh) * 2004-07-16 2006-01-18 古河电气工业株式会社 光纤及其评价和制造方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108025943A (zh) * 2015-09-10 2018-05-11 康宁股份有限公司 生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤
CN108025943B (zh) * 2015-09-10 2021-04-06 康宁股份有限公司 生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤
CN107428592B (zh) * 2015-10-29 2020-07-31 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107428592A (zh) * 2015-10-29 2017-12-01 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN110845135B (zh) * 2015-10-29 2022-07-22 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN110845135A (zh) * 2015-10-29 2020-02-28 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107406299A (zh) * 2015-10-29 2017-11-28 株式会社藤仓 光纤的制造方法
US11008245B2 (en) 2015-10-29 2021-05-18 Fujikura Ltd. Optical fiber production method
CN108698905A (zh) * 2016-02-24 2018-10-23 康宁股份有限公司 加工光纤的方法和系统
CN107406298A (zh) * 2016-03-16 2017-11-28 株式会社藤仓 光纤的制造方法
US10927033B2 (en) 2016-03-16 2021-02-23 Fujikura Ltd. Optical fiber production method
CN109641777A (zh) * 2016-08-30 2019-04-16 株式会社藤仓 光纤的制造方法
US11091385B2 (en) 2016-08-30 2021-08-17 Fujikura Ltd. Method for manufacturing optical fiber
CN109641777B (zh) * 2016-08-30 2021-12-17 株式会社藤仓 光纤的制造方法
CN107817552A (zh) * 2016-09-13 2018-03-20 住友电气工业株式会社 光纤和着色光纤
CN111656234A (zh) * 2018-01-11 2020-09-11 住友电气工业株式会社 光纤、经涂覆的光纤以及光学传输系统
CN111656234B (zh) * 2018-01-11 2022-05-17 住友电气工业株式会社 光纤、经涂覆的光纤以及光学传输系统
CN113340504A (zh) * 2021-07-13 2021-09-03 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种从熔石英假想温度分布获取残余应力分布的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2899168A1 (en) 2015-07-29
JP6048031B2 (ja) 2016-12-21
JP2014062021A (ja) 2014-04-10
DK2899168T3 (en) 2018-03-12
CN104661975B (zh) 2017-09-19
US20150251945A1 (en) 2015-09-10
EP2899168A4 (en) 2016-10-12
EP2899168B1 (en) 2018-01-31
WO2014046274A1 (ja) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104661975A (zh) 光纤制造方法
JP5831189B2 (ja) 光ファイバおよび光伝送システム
CN113009619B (zh) 具有氟和氯共掺杂芯区域的低损耗光纤
JP6833735B2 (ja) 大きい有効面積及び低い曲げ損失を有する光ファイバ
KR101577635B1 (ko) 벤딩에 민감하지 않은 단일모드 광섬유
CN101598834B (zh) 一种单模光纤及其制造方法
JP5636151B2 (ja) 多波長、多モード光ファイバ
US7900481B2 (en) Method of making an optical fiber
CN103193398B (zh) 一种一次高速拉丝成型耐高温光纤的制备方法
JP6020045B2 (ja) 光ファイバ
CN103454719B (zh) 一种单模光纤
CN106116138A (zh) 一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺
JP6664327B2 (ja) マルチモード光ファイバの設計及び製造
JP2009015294A (ja) ホーリーファイバおよびホーリーファイバの製造方法
CN100371747C (zh) 具有波导结构的弯曲不敏感光纤
CN109298482A (zh) 一种低衰减和低弯曲损耗的大有效面积单模光纤
CN106291808A (zh) 一种超低衰减大有效面积单模光纤
CN101661132A (zh) 具有空气包层的弯曲不敏感单模光纤
CN104316993B (zh) 一种大芯径传能光纤
CN107193082A (zh) 一种超低衰减单模光纤
CN102649621B (zh) 石英玻璃的制造方法以及光纤
Jaluria Thermal Transport in the Manufacture of Optical Fibers
Qian et al. Approach for reducing the excess loss in LWP fiber after D2 treatment
Petrovich Optical fibers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant