CN104944757B - 用于制造多芯光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的制造方法包括计算满足X＝(62.6×JOH+1175)×Pj＝0.1的Pj0.1的步骤，其中Pj是与拉制之后的MCF的包层材料对应的部分的波长为1383nm时的光功率比；以及计算芯部与芯棒的外径比Pcc0.1的步骤，以获得Pj0.1。芯棒具有满足比率Pcc不小于比率Pcc0.1的条件的外径2R0.1，并且包层材料具有形成为直径比芯棒的外径大C(不小于0.15mm且不超过1.5mm)的孔。

Description

用于制造多芯光纤的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造多芯光纤的方法。
背景技术
日本专利No.5176274(专利文献1)公开了一种用于通过拉制来制造单芯光纤(在下文中称为“SCF”)的棒管拉制法(在下文中称为“RID法”)。在这种RID法中，通过将芯部插入到仅在中央处具有孔的包层材料的管中并且沿竖直方向布置该包层材料来制造SCF。然后，将管引导到拉丝炉中，并且将管在加热的同时拉制光纤而成为一体。这种RID法具有以下步骤：在将芯部插入到包层管中之后，除去芯棒和包层管的内表面的水；密封包层管的至少一端；以及在将芯棒与包层管之间的间隙连接至干燥气体气氛或使间隙减压的同时从一端将管拉制成光纤。
发明内容
在使用RID法制取SCF时，芯部插入孔在预制件阶段不收缩，并且由于孔仅存在于包层材料的中央，因此在收缩过程中存在使芯部靠近预制件中央的动作，并由此易于将拉制得到的光纤的芯部的偏心量控制在一定程度内。另一方面，应认识到，在使用RID法制取多芯光纤(在下文中称为“MCF”)时，由于芯部插入孔在预制件阶段不收缩，并且还存在除了位于包层材料的中央的孔以外的孔，因此不总是使各个芯部靠近各个孔的中央，并且这不利于实现芯部在截面中的布置的高精度。出于这个原因，难以通过使用RID法制造MCF。具体而言，没有能够在实现良好的芯部位置精度、传输损耗和量产的同时利用RID方法制造MCF的已知方法；出于这个原因，在常规的MCF制造方法中，通过棒管收缩法(在下文中称为“RIC法”)在MCF的预制件阶段固定芯部布置位置后，如果需要的话，通过外周研磨等修正芯部位置，此后通过常用的光纤拉制法来拉制管以获得光纤。
理想的是，MCF距预定芯部位置具有小的变化，以确保良好的相互连通性。对于MCF而言，芯部布置位置的高精度需要是个特定问题，并且将会发生熔接损耗的增大，除非芯部位置被精确布置，使得所有芯部一次全部地光连接，从而将两个MCF光熔接起来或将该MCF光熔接至光接收装置或发光装置。为了提高芯部位置的精度，需要在棒管状态下降低各个芯部在孔中的位置误差。如果在RID法中各个芯棒的外径与包层材料中的对应孔的内径之间存在大的差值(间隙)，则芯棒将会在包层材料的孔中移动大的量，从而使制得的MCF中的芯部位置发生变化；因此间隙优选为尽可能小。
此外，在MCF的芯部预制件中除了位于包层材料的中央的孔之外还存在其它孔(卫星芯部，例如参见图2B中的芯部4a)。包层材料的外径与从卫星芯部到包层材料的最外周为止的距离之比率变为大于包层材料的外径与SCF的中央芯部之比率。因此，当前导管(dummypipe)熔接至小尺寸的预制件时，在MCF的情况下前导管变薄。前导管的变薄导致熔接部分的强度的下降。另一方面，如果熔接部分的面积增大，则会同等程度地增大包层部分的面积，从而导致MCF的光纤直径的不想要的增大。
如上所述，与SCF情况相比，使用RID法制造MCF的方法具有以下问题：限制了前导管的厚度的减小、使芯部位置精度变差、因残留OH基而造成的传输损耗的增大。
于是，发明人开始考虑：作为用于避免前导管的厚度的减小的方法，必须有效减小包括卫星芯部在内的所有芯部的孔径。这意味着前导管的厚度可以增大且增大量为孔径减小的程度。然而，将要插入到各个孔中的芯部材料由具有芯部和包层部分(部分包层)的芯棒构成，以形成包层的一部分。通过减小该包层部分的厚度，可以减小孔径。然而，如果该包层部分被制造得太薄，将会导致光从芯棒泄漏到包层材料的光量的增大，从而导致因包含在包层材料中的OH基而造成的传输损耗的增大。
本发明旨在解决上述问题。为了解决上述问题，发明人将注意力集中在以下这点上：根据包含在包层材料中的OH基的量，通过适当设定芯棒中的包层部分的厚度将能够解决上述问题。
对于MCF而言，另一特定问题是需要确保卫星芯部的位置精度的问题。关于卫星芯部的位置，作为RID法特有的现象，不仅存在孔的位置的问题，而且还存在拉制期间孔收缩时的位置精度的问题。作为上述问题的对策，可以减小芯棒的直径，然后还可以减小孔径，从而同等程度地变得更易于确保芯部的位置精度。就针对前导管的直径的减小的措施而言，孔径的减小也是优选的。然而，由于芯棒直径的减小还会导致覆盖芯部的包层的厚度的减小，就增大了光从芯棒泄漏到包层中的部分的传输损耗而言，这是不利的。
在多个包层材料中形成孔时，很可能在孔之间的中间部中产生裂纹。尽管裂纹取决于材料、组合物和因玻璃的热历史而造成的残余应力，但裂纹的产生率趋向于随着中间部的厚度的减小而增大，在通用合成二氧化硅的情况下，中间部的厚度优选为不小于1mm。因此，包层材料中的孔径的减小在这方面具有重大意义。
如专利文献1的图13所示，当使用RID法制造SCF时，孔在包层材料中的位置仅为轴线上的中央，并由此能够通过加热所熔接的前导管的一部分以略微减小直径来使所插入的芯棒紧靠前导管。此时，在芯棒与前导管之间的接触部分中，在芯棒的外周上预先形成倾斜部，并且芯棒处理成在接触部分中形成倾斜部的间隙的形状，从而能够固定芯棒以防止芯棒掉落，同时确保气体的流动路径。这允许我们通过在卤素气体等从包层材料的孔的内壁与芯棒的外周之间流动的情况下进行加热来进行气相净化处理。在净化处理之后，拉制开始端侧上的前导管部分在加热时延伸，从而使前导管和芯部成一体并且密封前导管和芯部，同时利用与包层材料的顶部连接的压力调节机构将芯棒与包层材料的孔之间的压力保持为负压，通过加热执行拉制处理以使芯棒和包层材料成一体，从而获得具有低传输损耗、在芯棒与包层材料的孔之间的界面处不存在杂质的光纤。
另一方面，当使用RID法制造MCF时，除了轴线上的中央之外，在包层材料中还存在其它位置的孔，因此，当部分地减小所熔接的前导管的直径时，可以使周侧上的芯棒紧靠前导管的直径减小部，但不能使中央侧上的芯棒进行紧靠。将前导管的直径减小成足够使中央侧上的芯棒紧靠前导管的直径减小部需要长的处理时间。由于在MCF的情况下前导管的厚度相对于外径变小，因此如前面所描述的那样，在直径减小处理中前导管可能变成非圆形，并由此难以控制外径；因此，难以进行直径减小处理来达到前导管本身的预定外径。出于这个原因，难以在将芯部固定在预定位置来防止芯部掉落的同时确保气体的流动路径，或者需要使用芯部固定部件来在防止芯部掉落的同时确保气体的流动路径。出于上述原因，使用RID法的MCF制造方法具有以下问题：难以在包层材料的孔的内壁与芯棒的外周之间进行气相净化处理；以及难以获得具有低传输损耗、在芯棒与包层材料的孔之间的界面处不存在杂质、同时实现良好的经济效益和生产率的光纤。
为了解决上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种具有良好的经济效益和生产率且具有低传输损耗的MCF(多芯光纤)制造方法。
根据本发明的一个方面的用于制造MCF的方法包括包层材料制备步骤、芯棒制造步骤、孔加工步骤、熔接步骤和拉制步骤。包层材料制备步骤是制备包层材料的步骤，所述包层材料由硅基玻璃组成并且所述包层材料的OH基的平均浓度JOH小于预定浓度。芯棒制造步骤是制造多个芯棒的步骤，所述芯棒由硅基玻璃组成并且均具有包层的一部分和芯部。孔加工步骤是在所述包层材料中将多个孔加工为沿所述包层材料的轴向延伸的步骤。熔接步骤是将前导管熔接至所述包层材料的第一端侧的步骤。插入步骤是在所述熔接步骤之后的步骤，并且所述插入步骤是将所述多个芯棒插入到所述包层材料的各个孔中的步骤。拉制步骤是在所述插入步骤之后的步骤，并且所述拉制步骤是使所述包层材料和所述芯棒成一体并在加热所述包层材料的第二端侧的同时拉制所述包层材料和所述芯棒由此成一体的部分的步骤，从而将所述包层材料和所述芯棒拉制成所述MCF。具体而言，制备得到的所述芯棒的每一个中的OH基的平均浓度小于0.001wt ppm，并且所述JOH小于100wt ppm。MCF的制造方法包括：计算满足X＝(62.6×JOH(wt ppm)+1175)×Pj＝0.1的Pj0.1的Pj计算步骤，Pj0.1为在X＝0.1的情况下的Pj，Pj是与拉制之后的所述MCF中的所述包层材料对应的部分的波长为1383nm时的光功率比；以及计算Pcc0.1的Pcc计算步骤，以获得能够基于芯棒折射率分布计算得到的所述Pj0.1，Pcc0.1为在X＝0.1的情况下的Pcc，Pcc是所述芯棒的外径与所述芯部的外径的比率(所述芯棒的外径/所述芯部的外径)。所述芯棒制造步骤包括将所述芯棒处理为满足比率Pcc不小于比率Pcc0.1的条件并且将所述芯棒处理为使所述芯棒中的每一个具有芯棒直径2R0.1，2R0.1为在Pcc≥Pcc0.1的情况下的2R，2R为如下芯棒的外径：所述芯棒的芯部构造为拉制之后的所述多芯光纤的外径与芯部的外径之间的预定关系对应于所述包层材料的外径与所述芯部的外径之间的关系。所述孔加工步骤包括在间隙C不小于0.15mm且不超过1.5mm的范围内处理所述多个孔，在所述包层材料中形成的所述多个孔的孔径设定为所述芯棒直径2R0.1+C。
附图说明
图1是示出应用了根据本发明的一个实施例的用于制造MCF的方法的拉制装置的构造的视图。
图2A是示出包层材料与前导管之间的熔接部分以及包层材料与密封部件之间的熔接部分的截面图，而图2B是用于说明包层材料与前导管之间的熔接平面上的直径之间的关系的视图。
图3是用于说明根据本发明的一个实施例的用于制造MCF的方法的流程图。
图4是示出波长为1383nm时的传输损耗的增大与功率比Pj之间的关系的视图。
图5是示出折射率分布和光功率的半径相关性的视图。
图6是示出包层材料中的OH基的平均浓度与公式(1)中的X值之间的关系的视图。
具体实施方式
[本发明的实施例的各方面的描述]
如下文所例举的那样，将首先描述本发明的实施例的各方面。
(1)根据本发明的实施例的第一方面的用于制造MCF(多芯光纤)的方法是包括以下步骤的方法：包层材料制备步骤，制备包层材料，所述包层材料由硅基玻璃组成并且所述包层材料的OH基的平均浓度JOH小于预定浓度；芯棒制造步骤，制造多个芯棒，所述芯棒由硅基玻璃组成并且均具有包层的一部分和芯部；孔加工步骤，在所述包层材料中将多个孔加工为沿所述包层材料的轴向延伸；熔接步骤，将前导管熔接至所述包层材料的第一端侧；所述熔接步骤之后的插入步骤，所述插入步骤是将所述多个芯棒插入到所述包层材料的各个孔中的步骤；以及所述插入步骤之后的拉制步骤，所述拉制步骤是在加热所述包层材料的第二端侧以使所述包层材料和所述芯棒成一体的同时拉制所述包层材料和所述芯棒由此成一体的部分的步骤，从而将所述包层材料和所述芯棒拉制成所述多芯光纤，其中，制备得到的所述芯棒的每一个中的OH基的平均浓度小于0.001wt ppm，并且所述包层材料的OH基的平均浓度JOH小于100wt ppm，所述方法包括：计算满足X＝(62.6×JOH(wt ppm)+1175)×Pj＝0.1的Pj0.1的Pj计算步骤，Pj0.1为在X＝0.1的情况下的Pj，Pj是与拉制之后的所述多芯光纤(MCF)中的所述包层材料对应的部分(除了所述芯棒之外的部分)的波长为1383nm时的光功率比；以及计算Pcc0.1的Pcc计算步骤，以获得能够基于芯棒折射率分布计算得到的所述Pj0.1，Pcc0.1为在X＝0.1的情况下的Pcc，Pcc是所述芯棒的外径与所述芯部的外径的比率(所述芯棒的外径/所述芯部的外径)，所述芯棒制造步骤包括将所述芯棒处理为满足比率Pcc不小于比率Pcc0.1的条件并且将所述芯棒处理为使所述芯棒中的每一个具有芯棒直径2R0.1，在所述芯棒的芯部构造为拉制之后的所述多芯光纤的外径与预定芯部直径之间的关系对应于所述包层材料的外径与所述芯棒的芯部的直径之间的关系的情况下2R为所述芯棒的外径，并且所述孔加工步骤包括在C不小于0.15mm且不超过1.5mm的范围内处理所述多个孔，形成在所述包层材料中的所述多个孔的孔径设定为所述芯棒直径2R0.1+C。
如上所述，在前述制造方法中，通过使用包层材料中的OH基的平均浓度的JOH指示和光纤中的除芯棒以外的部分的光功率比Pj，将芯棒制造为具有预定芯棒直径，并且用于布置芯棒的孔被处理成与所限定的芯棒直径之间的间隙C不小于0.15mm且不超过1.5mm。出于这个原因，前述制造方法可以在将因芯棒的外周存在OH基而造成的波长为1383nm时的传输损耗的增大控制为不超过0.1dB/km的同时适当地设定芯棒中的包层部分的厚度。由于在前述制造方法中间隙C不小于0.15mm，因此能够在插入期间防止芯棒划伤孔的内表面，从而防止在包层材料中的孔的内表面和芯棒的外周表面上产生划痕。由于间隙C不超过1.5mm，因此可以实现MCF中的芯部位置的高精度，并且还可以抑制芯部位置的纵向变化。前述制造方法允许在实现了良好的传输损耗、芯部位置精度和量产的同时制造MCF。
(2)作为适用于前述第一方面的第二方面，优选地，MCF的制造方法还包括：分布测量步骤，测量芯棒的折射率分布；判断多个芯棒(候选件)中的每一个是否满足Pj0.1；并且使用满足Pj0.1的芯棒(候选件)作为将在插入步骤中使用的芯棒。通过以这种方式控制光功率泄漏到芯棒的外周中，还能够完全抑制因芯棒界面(芯棒表面和孔内表面)处的OH基以及除OH基以外的杂质而造成的吸收的影响。出于这个原因，例如如将在后文中描述的图3所示，即使不对包层材料的孔的内表面或芯棒的外周表面执行气相净化处理，也可以如图6所示那样使波长为1550nm时的芯部之间的传输损耗的偏差保持为不超过0.01dB/km，同时波长为1383nm时的传输损耗的增大保持为不超过0.1dB/km。即，能够省略气相净化处理。当在RID法中不对芯棒界面执行气相净化处理时，无需存在用于净化处理的供气设施；即使在执行气相净化处理的情况下，也无需使在包层材料的孔中和在芯部的外周上流动的用于净化处理的气体的流速相等，因此可以简化拉制装置和其它部分的构造。
(3)作为适用于第一方面和第二方面中的至少任一方面的第三方面，在使用没有气相净化处理的前述MCF制造方法的情况下，可以在密封包层材料的第二端侧的密封步骤之后进行芯棒的插入，这是因为用于芯棒与形成在包层材料中的孔之间的净化处理的气体无需流动。在这种情况下，可以在密封拉制开始端(第二端)之后插入芯棒。这使得能够容易地防止芯棒发生掉落，而无需使用防止芯棒掉落的芯部固定部件。
(4)作为适用于第一方面至第三方面中的至少任一方面的第四方面，优选地，前述MCF制造方法还包括：所述熔接步骤之后的杂质去除步骤(第一杂质去除步骤)，所述杂质去除步骤是将所述包层材料和熔接至所述包层材料的所述前导管浸入在含氟化氢的水溶液和含氯化氢的水溶液中的至少一者中的步骤。在这种情况下，尽管在将前导管熔接至包层材料的第一端侧的熔接步骤和密封包层材料的一端的步骤中诸如OH基等杂质可能扩散并附着在包层材料的孔的内表面上，但可以通过执行上述杂质去除步骤除去杂质，从而可以获得具有更低传输损耗的MCF。还能够抑制因杂质而在芯棒界面产生气泡。
(5)作为适用于第一方面至第四方面中的至少任一方面的第五方面，前述MCF制造方法还可以包括：密封步骤，其将所述包层材料熔接至用于密封所述包层材料的所述第二端侧的密封部件；并且所述熔接步骤和所述密封步骤中的至少一个步骤可以构造为如下：加热炉中的燃烧气体或气氛不含有氢气或任意氢化合物，所述加热炉为用于熔化或接合每个部件的热源。在这种情况下，当不含有氢气或任意氢化合物的热源用于加热炉中的燃烧气体或气氛时，在将前导管熔接至包层材料的第一端侧的熔接步骤和密封包层材料的第二端侧的密封步骤中，能够防止OH基扩散到包层材料中，从而可以获得具有低传输损耗的MCF。不含有OH基的适用热源的实例包括等离子燃烧器、电阻炉、感应炉等。
(6)作为适用于第一方面至第五方面中的至少任一方面的第六方面，优选地，前述MCF制造方法还包括：所述插入步骤之前的杂质去除步骤(第二杂质去除步骤)，所述杂质去除步骤是通过使用机械方法和化学方法中的至少一种来从芯棒的外表面除去杂质的步骤。在这种情况下，可以获得具有低传输损耗的MCF，因为在插入之前已从芯棒的外表面除去杂质。
(7)作为适用于第一方面至第六方面中的至少任一方面的第七方面，优选地，所述芯棒的外表面具有不超过10μm的粗糙度Ra(符合日本工业标准JIS B0601的“算术平均粗糙度(Ra)”)。当芯棒的外径与包层材料中的孔的内径之差较小时，在光纤拉制期间在界面不够平滑的情况下进行粘附，由此可能产生气泡。于是，当如上文所述的那样芯棒的外表面的粗糙度Ra不超过10μm时，能够抑制气泡的产生。更优选地，粗糙度Ra不超过1μm。借助于使用具有不小于#500的细粒度的磨石抛光表面的方法，可以实现芯棒的外表面的平滑，从而能够使表面粗糙度RA不超过10μm。还可以通过从芯棒的外表面预先除去杂质并且此后用诸如等离子体燃烧器等无水热源加热该表面来减小芯棒的外表面的粗糙度值。
(8)作为适用于第一方面至第七方面中的至少任一方面的第八方面，所述包层材料和各个所述芯棒的总重量可以不小于20kg。根据本发明的一个方面，可以将载荷竖直施加在前导管与包层材料之间的熔接平面上。此外，由于芯棒的外径无需制造得较大，因此可以在前导管与包层材料之间适当设定连接面积，并且可以使用不小于20kg的较大包层材料。总重量更优选为不小于30kg，并且还更优选为不小于50kg。随着预制件的尺度的增大，可以相对缩短在拉制速度增大期间的MCF的不稳定部的长度，并由此可以在不使经济效益变差的情况下增大拉制速度。拉制速度可以设定为不小于1000米/分钟，从而可以获得具有高经济效益的MCF。
[本发明的实施例的细节]
下文将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。在附图的描述中，相同的元件将用相同的附图标记表示，并省略重复的描述。应当注意的是，本发明决不旨在限于由举例说明的方式给出的下述实例，而是如权利要求书的范围所描述的，旨在包括在与权利要求书的范围等同的含义和范围内所有的变化。
图1是示出在根据本发明的实施例的用于制造MCF的方法中使用的拉制装置10的构造的视图。拉制装置10具有压力调节单元11、保持单元12、拉丝炉13、外径测量单元14、第一树脂施加单元15、第一UV(紫外线)照射单元16、第二树脂施加单元17、第二UV照射单元18和作为卷绕机构的缠线管19。拉制装置10可以通过在将芯棒2和包层材料4加热的同时拉制芯棒2和包层材料4成一体来制造MCF20(21)。MCF20指代涂覆之前的MCF，而MCF21指代涂覆之后的MCF。
根据本发明的实施例的用于制造MCF的方法构造为顺序进行包层材料制备步骤、芯棒制造步骤、孔加工步骤、熔接步骤(步骤S1)、密封步骤(步骤S2)、杂质去除步骤(步骤S3)、插入步骤(步骤S4)、压力调节单元连接步骤(步骤S5)和拉制步骤(步骤S6)，从而制造MCF20(21)(参见图3)。包层材料制备步骤和孔加工步骤是制备具有预定直径d4的玻璃棒并且在玻璃棒中加工沿轴向延伸的多个孔4a、4b(参见图2B)，从而制造包层材料4的步骤。前述制造方法还可以构造成如下：该方法还具有测量各个芯棒2的折射率分布的分布测量步骤；并且芯棒制造步骤包括判断各芯棒2是否能够满足后述的预定条件(光功率比Pj0.1)且使用满足该条件的芯棒。此外，通过拉伸或外周的研磨(机械研磨或化学蚀刻)来执行芯棒2的处理，使得芯棒的外径变为合适的值。芯棒2中的OH基的平均浓度优选为小于0.001wtppm，并且包层材料4中的OH基的平均浓度优选为小于100wt ppm。应当注意的是，只要芯棒的外周和包层材料中的孔的内表面的清洁度维持在一定水平，就可以省略杂质去除步骤(步骤S3)。
接下来，如图2A所示，熔接步骤(步骤S1)是将前导管6与包层材料4的第一端侧(附图中的左端侧)熔接起来的步骤。就此而言，如图2B所示，使前导管6的内周6a的直径d3大于围绕形成在包层材料4中的多个孔4a(卫星芯部)的外接圆的直径d2。
接下来，密封步骤(步骤S2)是通过经由加热等将密封部件60熔接至与包层材料4的第一端相反的第二端侧来密封第二端侧的步骤(参见图1和图2A)。该密封步骤能够防止此后插入的芯棒2掉落。在图2A和图2B中，为便于描述，包层材料4和其它部分以水平布置示出，但在执行光纤拉制期间，如图1所示，包层材料4和其它部分沿竖直方向布置。
前述熔接步骤和密封步骤中的至少一个步骤可以构造为在加热炉(作为用于熔化或接合每个部件的热源)的燃烧气体或气氛中不使用氢气或任意氢化合物。在这种情况下，熔接步骤或密封步骤设置为对于加热炉的燃烧气体或气氛，使用不含有氢气或任意氢化合物的热源，从而防止OH基扩散到包层材料4中，以实现前述OH基浓度，并由此获得具有低传输损耗的MCF。不含有OH基的适用热源的实例包括等离子燃烧器、电阻炉、感应炉等。
接下来，将在熔接步骤中进行熔接的包层材料4和前导管6浸入在液相中，以进行清洗和干燥，从而除去杂质，其中液相为含氟化氢的水溶液和含氯化氢的水溶液中的至少一者(步骤S3)。该杂质去除步骤可以除去在熔接步骤和密封步骤中附着在包层材料4的孔4a、4b的内表面、前导管6和其它部分上的诸如OH基等杂质，从而可以获得具有低损耗的MCF。另外，这还可以抑制因杂质而在芯棒界面产生气泡。该杂质去除步骤可以构造为通过使用机械方法和化学方法中的至少一种来从芯棒2的外表面除去杂质。当在插入芯棒之前从芯棒2的外表面除去杂质时，可以获得具有更低传输损耗的MCF。
接下来，插入步骤(步骤S4)是将芯棒2插入到包层材料4的各个孔4a、4b中的步骤。在完成芯棒2的插入之后，如图1所示，将用于调节压力的压力调节单元11连接至前导管6的一个端侧(步骤S5)。此后，执行拉制步骤(步骤S6)，以通过拉丝炉13加热包层材料4的第二端侧(下端侧)，并且将包层材料4和芯棒2拉制为一体，从而制造出MCF20。在这些步骤之中的拉制步骤中使用拉制装置10。
拉制步骤的细节如下。前导管6由保持单元12保持，使得熔接至该前导管6的包层材料和插入在包层材料4的各个孔4a、4b中的芯棒2竖直地布置在拉丝炉13中。利用位于前导管6顶部的压力调节单元11调节包层材料4的孔4a、4b内部的气压和压力，并且利用拉丝炉13加热包层材料4的下端侧和芯棒2的下端侧，从而将包层材料4和芯棒2拉制为一体，由此制造出MCF20。
然后，从拉丝炉13的下端拉出的MCF 20经由外径测量单元14来测量外径、被第一树脂施加单元15涂覆第一树脂、被第一UV照射单元16照射UV以固化第一树脂、被第二树脂施加单元17涂覆第二树脂、被第二UV照射单元18照射UV以固化第二树脂，从而将MCF20变成具有双树脂层的涂层MCF21，进而将要被卷绕在缠线管19上。基于外径测量单元14的外径测量结果调节拉制速度等，从而可以以期望包层直径制造MCF20(21)。
前述制造方法中使用的芯棒2的外表面的粗糙度Ra优选为不超过10μm。当芯棒2的外径和包层材料4的孔4a、4b的内径较小时，在光纤拉制工序期间，在芯棒2的外径和孔4a、4b的内径之间的界面变得充分平滑之前，芯棒2的外径和孔4a、4b的内径之间将出现粘附；因此，可能在此产生气泡。当芯棒2的外表面的粗糙度Ra保持为不超过10μm时，能够抑制气泡的产生。更优选地，外表面的粗糙度Ra不超过1μm。借助于使用具有不小于#500的细粒度的磨石来抛光芯棒2的外表面的方法，可以实现表面的平滑，从而实现不超过10μm的表面粗糙度Ra。还可以通过从芯棒2的外表面预先除去杂质并且此后用诸如等离子体燃烧器等无水热源加热该表面来减小芯棒的外表面的粗糙度值。
如上所述制造的MCF20(21)优选地符合ITU-T国际标准G.652.D。MCF20(21)优选地具有进一步符合G.657.A1、G.657.A2和G.657.B3的弯曲损耗特性。这样，MCF20(21)可以以低损耗熔接至符合G.652.D的通用单模光纤，并且可以以与传输系统上的G.652.D光纤相同的方式进行处置。
MCF20(21)中的各个芯部可以具有本领域的技术人员能够设想到的折射率结构，例如阶跃型、GI型、W型和沟槽型，以将包括芯部间串扰以及限制损耗在内的传输特性设定为适当的值。在理论上已经阐明了正确设置MCF20(21)的芯部间串扰以及限制损耗的设计指南(例如，关于芯部间串扰，参考Optics Express Vol.19,No.17,pp.16576-16592,15August,2011(2011年8月15日的光学快报的第19卷，第17期，第16576-16592页))。
MCF20(21)的各个芯部的传播常数可以彼此相等或可以彼此不同。在MCF20的各个芯部中传播的传播模式的数量可以是一个，或者可以是两个或更多个。
MCF20(21)的各个芯部包括主要由SiO2构成的硅基玻璃。包层部分构成各个芯棒2的一部分且包括SiO2玻璃(硅基玻璃)，并且可以含有或不含有F(氟)或Cl(氯)。
在芯部上利用诸如VAD(气相轴向沉积)、OVD(外部气相沉积)、MCVD(改进的化学气相沉积)或PCVD(等离子体化学气相沉积)等气相玻璃合成方法制造芯棒2。此外，通过从VAD、OVD、MCVD、棒管收缩法以及与上述方法类似的其它方法中选择的方法，芯棒2均可以设置有包层的一部分。
根据需要在MCF20(21)的涂层或涂层的一部分中着色，将MCF20(21)加工成诸如光缆、光纤线或光纤带等二次产品，并且MCF20(21)可以用作模块产品，在该模块产品中，诸如用于与另一光学装置连接的光学连接器等连接部件根据情况的需要与该光纤连接。
现在，应注意的是，在前述制造方法中，在MCF20(21)中，利用包层材料4的OH基的平均浓度的JOH指示和除与芯棒2相对应的部分以外的部分的光功率比Pj，将芯棒制造为具有预定芯棒直径，以在实现了良好的传输损耗、芯部位置精度和量产性的同时制造MCF。基于发明人的发现，这些问题可以通过满足下面的公式(1)来解决。
X＝(62.6×JOH(wt ppm)+1175)×Pj(1)
现在将参考图4至图6在下文对这点进行描述。
图4是示出波长为1383nm时的传输损耗的增大与光功率比Pj之间的关系的视图。前述公式(1)根据图4的各个水平JOH(wt ppm)的线性关系进行计算。图5是示出折射率分布和光功率的半径相关性的视图。图6是以包层材料中的OH基的平均浓度和各MCF在前述公式(1)中的X值示出波长为1550nm时的七个芯部之间的损耗偏差的关系的视图，其中各MCF制造为具有七个芯部。在图6中，“○”表示波长为1550nm时的七个芯部之间的传输损耗的偏差小于0.01dB/km的情况，而“×”表示偏差不小于0.01dB/km的情况。在包层材料具有较小JOH的情况下，存在这样的可能性：即使在X>0.1的区域中也可能存在解决方案。与常规技术相比，根据本发明的实施例的制造方法的优点在于：即使没有对芯棒界面(芯棒表面和孔表面)进行气相净化处理，也可以如图6所示那样使波长为1550nm时的芯部之间的传输损耗的偏差保持为不超过0.01dB/km，同时波长为1383nm时的传输损耗的增大保持为不超过0.1dB/km。然而，可以如上文所述的那样执行气相净化处理，但也可以省略该净化处理，这样能够通过抑制额外的设施投资和步骤的省略来降低成本。
图4示出了因包层4中的OH基量JOH而造成的波长为1383nm时的传输损耗的增大Δα1.383与光功率比Pj之间的关系。由于要进行多变量分析，因此使Pc为在与“拉制步骤之后”的光纤中的芯棒半径R相对应的芯棒部等效部分内传播的信号光的光功率，且Pj为在芯棒部等效部分外侧的外部(包层材料等效部分)中传播的波长为1383nm的信号光的功率比。这里，光功率比Pj是当芯部和包层的整个光功率为1时除了芯棒部等效部分之外的光功率比。应注意的是，通过折射率分布的计算，本领域的技术人员可以容易地计算出光功率比Pj。通过RNFP(折射近场图案)法，可以测量所制造的光纤的折射率分布以便用于计算。可以通过使用各种方法确定芯棒的界面，并且例如通过进行光纤截面的成分分析可以限定芯棒的界面。
图5示出了在阶跃型折射率分布520的前提下的光功率510的半径相关性P(r)的实例。在图5所示的阶跃型折射率分布520中，芯部相对于包层的相对折射率差Δ为3.5％。通过使用以下公式(2)可以计算出光功率比Pj。
这里，r表示拉制之后的光纤的半径，并且r芯棒表示拉制之后的光纤中的芯棒的半径。半径的积分范围∞可以是在光纤中的光功率被视为基本为零的情况下的半径，并且半径的积分范围∞还可以是例如在随积分范围的扩大，Pj的变化量变为不大于10-7的情况下的半径。
这样，前述制造方法还具有：计算Pj0.1(即，在X＝0.1的情况下的Pj)的Pj计算步骤，以使公式(1)中的X＝(62.6×JOH(wt ppm)+1175)×Pj＝0.1，其中Pj是拉制步骤中的拉制之后的光纤中的除芯棒2以外的部分的波长为1383nm时的光功率比；并且计算Pcc0.1(即，在X＝0.1的情况下的Pcc)的Pcc计算步骤，以获得可以根据芯棒的折射率分布计算出的Pj0.1，其中Pcc是芯棒的外径/芯部的直径的比率，即芯棒的外径与芯部的直径的比率。在芯棒制造步骤中，芯棒被处理为满足比率Pcc不小于比率Pcc0.1的条件并且被处理为具有芯棒直径2R0.1，其中2R为当拉制之后的光纤的预定外径与预定芯部直径之间的关系对应于包层材料的外径与芯棒的芯部的直径之间的关系时设定的芯棒直径。通过这种制造方法，可以在抑制传输损耗的增大和芯部之间的传输损耗的偏差的同时正确设定芯棒中的包层部分的厚度。
在前述制造方法中，当将芯棒2的外径与包层材料4中的孔4a、4b的内径之差(间隙C)设定为小时，可以同等程度地提高所制得的MCF中的芯部位置的制造精度，并且还可以抑制芯部位置的纵向变化。如果包层材料大，则间隙C也可以为大；但这会增大孔4a、4b的变形的影响，因此间隙C优选为不超过1.5mm。然而，应当考虑到，如果间隙C太小，则在插入期间芯棒2与孔4a、4b的内表面之间将发生摩擦，从而在包层材料4的孔4a、4b的内表面和芯棒2的外周上产生划痕；因此间隙C优选为不小于0.15mm。如果存在包层材料4的外径的纵向变化，则不能实现芯部的高位置设定精度。包层材料4的有效部分中的外径的纵向变化量优选为不超过1％。更优选为不超过0.5％。包层材料4的有效部分是不包括包层材料4的端部(在拉制开始和结束处的外径可变的端部)的部分。
当如上文所述的那样将间隙C设定为小时，可以容易地将拉制之后的MCF的芯部的位置设定精度设定为小于1μm，并且优选地小于0.5μm。出于相同的原因，理想的是，形成在包层材料4中的孔4a、4b的纵向弯曲量尽可能小。理想的是，包层材料4中的孔4a、4b的中央位置相对于包层材料4的轴线上的中央的纵向变化量不超过1％，并且更优选地不超过0.5％。由于间隙C不超过1.5mm，因此可以提高MCF20(21)中的芯部位置的制造精度，并且还可以抑制芯部位置的纵向变化。
如上所述，根据本发明的实施例的MCF的制造方法可以在实现了良好的传输损耗、芯部位置精度和量产的同时制造MCF。
即，本发明成功地提供了具有良好的经济效益和生产率且具有低传输损耗的MCF制造方法。

Claims (7)

1.一种用于制造多芯光纤的方法，包括：
包层材料制备步骤，制备包层材料，所述包层材料由硅基玻璃组成并且所述包层材料的OH基的平均浓度JOH小于预定浓度；
芯棒制造步骤，制造多个芯棒，所述芯棒由硅基玻璃组成并且均具有包层的一部分和芯部；
孔加工步骤，在所述包层材料中将多个孔加工为沿所述包层材料的轴向延伸；
熔接步骤，将前导管熔接至所述包层材料的第一端侧；
所述熔接步骤之后的插入步骤，所述插入步骤是将所述多个芯棒插入到所述包层材料的各个孔中的步骤；以及
所述插入步骤之后的拉制步骤，所述拉制步骤是使所述包层材料和所述芯棒成一体并在加热所述包层材料的第二端侧的同时拉制所述包层材料和所述芯棒由此成一体的部分的步骤，从而将所述包层材料和所述芯棒拉制成所述多芯光纤，
其中，制备得到的所述芯棒的每一个中的OH基的平均浓度小于0.001wt ppm，并且所述JOH小于100wt ppm，
所述方法包括：计算满足X＝(62.6×JOH+1175)×Pj＝0.1的Pj0.1的Pj计算步骤，Pj0.1为在X＝0.1的情况下的Pj，JOH是以wt ppm计并且Pj是与拉制之后的所述多芯光纤中的所述包层材料对应的部分的波长为1383nm时的光功率比；以及计算Pcc0.1的Pcc计算步骤，以获得能够基于芯棒折射率分布计算得到的所述Pj0.1，Pcc0.1为在X＝0.1的情况下的Pcc，Pcc是所述芯棒的外径与所述芯部的外径的比率，即所述芯棒的外径/所述芯部的外径，
所述芯棒制造步骤包括将所述芯棒处理为满足比率Pcc不小于比率Pcc0.1的条件并且将所述芯棒处理为使所述芯棒中的每一个具有芯棒直径2R0.1，2R0.1为在Pcc≥Pcc0.1的情况下的2R，2R为如下芯棒的外径：所述芯棒的芯部构造为芯部的外径与拉制之后的所述多芯光纤的外径之间的预定关系对应于所述包层材料的外径与所述芯部的外径之间的关系，并且
所述孔加工步骤包括在C不小于0.15mm且不超过1.5mm的范围内处理所述多个孔，在所述包层材料中形成的所述多个孔的孔径为所述芯棒直径2R0.1+C，
所述方法还包括：
所述芯棒制造步骤之前的分布测量步骤，所述分布测量步骤是测量所述芯棒的折射率分布的步骤，
其中，所述芯棒制造步骤包括：判断所制得的多个芯棒候选件中的每一个是否满足所述Pj0.1；并且使用所述多个芯棒候选件中满足所述Pj0.1的芯棒候选件作为所述多个芯棒。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
所述插入步骤之前的密封步骤，所述密封步骤是密封所述包层材料的所述第二端侧的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
所述熔接步骤之后的第一杂质去除步骤，所述第一杂质去除步骤是将所述包层材料和熔接至所述包层材料的所述前导管浸入在含氟化氢的水溶液和含氯化氢的水溶液之中的至少一者中的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
所述插入步骤之前的密封步骤，所述密封步骤是将所述包层材料熔接至用于密封所述包层材料的所述第二端侧的密封部件的步骤，
其中，在所述熔接步骤和所述密封步骤中的至少一个步骤中，加热炉中的燃烧气体或气氛不含有氢气或任意氢化合物，所述加热炉为用于熔化或接合每个部件的热源。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
所述插入步骤之前的第二杂质去除步骤，所述第二杂质去除步骤是通过使用机械方法和化学方法中的至少一种来从各个芯棒的外表面除去杂质的步骤。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，各个所述芯棒的外表面具有不超过10μm的粗糙度Ra。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述包层材料和各个所述芯棒的总重量不小于20kg。
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