CN112805254A - 光纤母材 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种光纤母材，其具有折射率相对较高的芯部及折射率相对较低的包层部，在光纤母材的径向上从芯部延伸至包层部的折射率变化的区间中，将包层部的折射率设为折射率比的基准0.0，将芯部的折射率的最大值设为折射率比1.0，当根据下述式1计算出在光纤母材的径向上折射率比为0.25的第1位置的光纤母材的折射率与折射率比为0.75的第2位置的光纤母材的折射率之间的差和第1位置与第2位置的间隔(mm)的比的绝对值时，该绝对值为0.0015(/mm)以上。

Description

光纤母材
技术领域
本发明涉及一种光纤母材。
背景技术
光纤母材可以通过拉丝使其直径缩小而成为光纤。通讯用光纤的光纤母材具有折射率相对较高的芯部、及配置在芯部外周且折射率相对较低的包层部。在利用VAD(VapourAxial Deposition，气相轴向沉积)法制造光纤母材的过程中，有时会设置使芯部堆积的芯部堆积用燃烧器、及使包层部在芯部的外侧堆积的包层堆积用燃烧器，并同时加以使用。
随着近年来数据通讯量的增加，光纤的需求不断提高。因此，为了应对日趋增长的需求，要求实现光纤母材的大型化。作为将母材大型化的方法之一，存在增加向芯部堆积用燃烧器及包层堆积用燃烧器供给的原料及可燃性气体的流量的方法。
另一方面，决定光纤的光学特性的重要参数包括芯部直径与包层部直径的比。该比会对光纤的模场直径等产生较大影响。因此，要求在光纤母材的阶段中也要更精准地掌握芯部直径与包层部直径的比、及该比在光纤母材的长度方向上的变动量。
作为测定光纤母材的芯部外径的方法，存在使用预型体分析仪来测定折射率分布的方法。预型体分析仪是使用点光源的激光，将该激光扫描到母材侧面上。因此，芯部直径的测定很耗费时间。因此，提出了一种在短时间内测定光纤母材的折射率分布的方法(参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2005-308717号公报
所述文献中记载的方法是从母材的侧面照射平行光，测定透过光纤母材的光的强度分布。根据该方法，相比预型体分析仪可在更短的时间内获得芯部直径的相对值。
由于能够通过使用激光外径测定器在更短时间内测定母材的外径，因此可使用所述文献的方法，基于从光纤母材的同一剖面上的多个圆周方向角度测量出的各个芯部直径的相对值，在短时间内获得芯部的非圆率。但是，关于相对于芯部外径的比即外径比，可知存在如下情况：通过所述文献的方法测定出的测定值与使用预型体分析仪测定出的测定值的比在母材的长度方向上不固定。
[一般公开]
在本发明的一实施方式中，光纤母材可具有折射率相对较高的芯部。另外，在本发明的一实施方式中，光纤母材可具有折射率相对较低的包层部。在本发明的一实施方式中，关于光纤母材，在光纤母材的径向上从芯部延伸至包层部的折射率变化的区间中，将包层部的折射率设为折射率比的基准0.0，将芯部的折射率的最大值设为折射率比1.0，当根据下述式1计算出光纤母材的径向上折射率比为0.25的第1位置的光纤母材的折射率与折射率比为0.75的第2位置的光纤母材的折射率之间的差和第1位置与第2位置的间隔(mm)的比的绝对值时，该绝对值为0.0015(/mm)以上。
[式1]
Figure BDA0002985145180000021
其中，
[R]表示所述间隔(mm)相对于所述折射率差的比；
[r0.25]表示根据距光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第1位置；
[n0.25]表示所述第1位置上的光纤母材的折射率；
[r0.75]表示根据距光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第2位置；
[n0.75]表示所述第2位置上的光纤母材的折射率。
在本发明的一实施方式中，光纤母材可具有表示折射率在光纤母材的径向上的变化的曲线在比所述第1位置更靠外周侧的位置产生拐点的折射率分布。另外，在本发明的一实施方式中，光纤母材的大致圆筒形状部分的芯部当量直径以直径计可为22mm以上。
附图说明
图1是说明玻璃微粒子堆积体12的制造方法的示意图。
图2是表示燃烧器20的构造的示意性剖视图。
图3是说明光纤母材中的折射率比的概念的图。
图4是表示折射率比在光纤母材的径向上的变化的曲线图。
图5是将芯部当量直径的测定结果进行比较并加以显示的图。
图6是将芯部当量直径的测定结果进行比较并加以显示的图。
图7是将光纤母材的折射率比的变化进行比较的曲线图。
图8是将芯部当量直径的测定结果进行比较并加以显示的图。
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并不限定权利要求书的发明。另外，实施方式中所说明的特征的组合并非全部为发明的解决手段所必需的。
具体实施方式
图1是说明将制作光纤母材的玻璃微粒子堆积体12的制造方法的示意图。如图1所示，玻璃微粒子堆积体12是使从芯部堆积用燃烧器13、第1包层部堆积用燃烧器14、及第2包层部堆积用燃烧器15喷射出的玻璃微粒子在起始材料11的下端附近堆积而制造的。
图1也示出了制造玻璃微粒子堆积体12时的燃烧器位置。芯部堆积用燃烧器13配置在最下方，独立于第1包层部堆积用燃烧器14及第2包层部堆积用燃烧器15。芯部堆积用燃烧器13喷射的火焰中除含有玻璃原料的四氯化硅以外，还伴有四氯化锗等掺杂剂原料，以此形成玻璃微粒子堆积体12的芯部。
第1包层部堆积用燃烧器14及第2包层部堆积用燃烧器15配置在比芯部堆积用燃烧器13更靠上方的位置，并以从外侧覆盖利用芯部堆积用燃烧器13堆积于起始材料11而成的芯部的方式形成包层部。如此，整个玻璃微粒子堆积体12可使用多个燃烧器来制造。所制造出的玻璃微粒子堆积体12例如通过在包含氯气的炉心管内进行加热而脱水后，在氦气氛围的炉心管内进一步加热而成为透明玻璃，从而制成光纤母材。
图2是表示可用作第1包层部堆积用燃烧器14及第2包层部堆积用燃烧器15的燃烧器20的构造的示意性剖视图。图示的燃烧器20具有配置成同心状的多个喷射口21a、21b、21d、21e、21f及小口径喷射口群21c，同时喷射可燃性气体、氧气、保护气体等。
另外，第1包层部堆积用燃烧器14及第2包层部堆积用燃烧器15同时负责除包层部的堆积以外的任务。例如，通过用火焰对芯部进行烧结来提高密度，从而防止玻璃微粒子堆积体12的破裂。另外，通过烧结来减小芯的直径，从而防止未附着于玻璃微粒子堆积体12而悬浮的积氧化锗微粒子再次附着。进而，用火焰来使芯部的温度上升，从而使多余的氧化锗升华。
[实施例1]
使用图1及图2所示的器材来制造玻璃微粒子堆积体12。使氧气、氢气、氩气、四氯化硅及四氯化锗分别以9.3L/分钟、6.8L/分钟、0.38L/分钟、0.46L/分钟及17mL/分钟的流量流向芯部堆积用燃烧器13。
使四氯化硅及氧气分别以0.80L/分钟及0.66L/分钟的流量流向用作第1包层部堆积用燃烧器14的燃烧器20的喷射口21a。另外，使氢气以32L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以18L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计1.5L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。
使四氯化硅及氧气分别以4.8L/分钟及3.6L/分钟的流量流向用作第2包层部堆积用燃烧器的燃烧器20的喷射口21a。另外，使氢气以65L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以31L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计6.2L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。
将在所述条件下制造的玻璃微粒子堆积体12在包含氯气的炉心管内加热至1200℃左右而使其脱水。之后，再将玻璃微粒子堆积体12在氦气氛围的炉心管内加热至1500℃左右而使其成为透明玻璃。如此，获得光纤母材。
在所述条件下制造的光纤母材中，在除长度方向两端的锥形部分以外直径大致固定的圆筒状部分，利用预型体分析仪测定折射率分布。结果可知芯部的直径为22.0mm。另外，在光纤母材的径向上折射率比为0.25的位置与折射率比为0.75的位置求出的比R的值为0.00167(1/mm)。此处，折射率比及比R的定义如下。
图3是说明光纤母材中的折射率比的概念的图。图3中示出光纤母材的径向的折射率分布。此处，折射率比是将具有相对较低的折射率的包层部的折射率设为基准0.0，将具有相对较高的折射率的芯部的折射率的最大值设为1.0的相对值。包层部的折射率设为光纤母材的径向上相对于外径的比即外径比为95％所对应的位置的折射率。
图4是表示光纤母材的径向上包含芯部与包层部的交界的区间中的折射率比的变化的曲线图。此处所谓“芯部与包层部的交界”，意指在光纤母材的径向上，光纤母材的折射率比为0.75的位置与折射率比为0.25的位置之间的区间。另外，半径位置意指在光纤母材的径向上距光纤母材中心的距离。
所述光纤母材中的比R是由下述式1所定义的值。
[式2]
Figure BDA0002985145180000041
其中，
[R]表示间隔(mm)相对于折射率的差的比的绝对值；
[r0.25]表示根据距光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第1位置；
[n0.25]表示所述第2位置上的光纤母材的折射率；
[r0.75]表示根据距所述光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第2位置；
[n0.75]表示所述第2位置上的光纤母材的折射率。
另外，如图4所示，表示折射率比的变化的曲线在光纤母材的径向上芯部与包层部的交界的外周侧存在拐点。因此，在整个光纤母材中从芯部向包层部逐渐降低的折射率在该拐点的位置有所增加。
所述折射率比的拐点可通过调整第1包层部堆积用燃烧器14的气体流量来形成。例如，只要将可燃性气体及助燃性气体相对于四氯化硅等玻璃原料的比率调整得更大即可。通过设置这种折射率的增加区域，容易将对该光纤母材进行拉丝而制作成的光纤的光学特性调整为与原先相同。
进而，本实施例中，对于所述光纤母材，使用平行光线测定出芯部的直径。在将光纤母材浸渍于匹配油的状态下，使用基恩士公司制造的应用了绿色LED(Light EmittingDiode，发光二极管)平行光的尺寸测量器LS-9030D。从光纤母材的侧面照射平行光，根据接收透过光纤母材的光而拍摄出的图像来测定光强度分布。另外，将测定出的光强度分布的两个暗部的间隔作为光纤母材的芯部当量直径(芯部直径的相对值)，并沿着光纤母材的长度方向以1mm的间距重复进行测量，从而在各个位置上测量出芯部当量直径。
针对相同的光纤母材，使用预型体分析仪，在长度方向上以20～100mm的间隔测量折射率分布，将芯部的折射率的半值宽度作为芯部的直径，将测定结果与所述实施例进行比较。
图5是将通过使用平行光进行测定所获得的芯部当量直径的值与使用预型体分析仪所获得的芯部直径的测定结果进行比较并加以显示的图。如图所示，不同测定方法的测定结果的值的比为1.04，大体一致。
图6是将在光纤母材的长度方向上利用各测定方法测定芯部直径所获得的结果进行比较并加以显示的图。如图所示，可知在光纤母材的长度方向上，使用平行光进行测定的测定结果与使用预型体分析仪所获得的测定结果也大体一致，对于芯部直径超过23mm的光纤母材，利用平行光进行测定所获得的测定结果也能够代替通过预型体分析仪所获得的测定结果。
[实施例2]
使用与实施例1相同的器材制造玻璃微粒子堆积体。使氧气、氢气、氩气、四氯化硅及四氯化锗分别以8.9L/分钟、6.7L/分钟、0.40L/分钟、0.41L/分钟及20mL/分钟的流量流向芯部堆积用燃烧器13。
使四氯化硅及氧气分别以0.91L/分钟及0.68L/分钟的流量流向第1包层部堆积用燃烧器14的喷射口21a，使氢气以34L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以18L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计1.4L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。另外，使四氯化硅及氧气分别以5.4L/分钟及3.5L/分钟的设定流向第2包层部堆积用燃烧器15的喷射口21a，使氢气以70L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以30L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计6.3L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。
将所制造出的玻璃微粒子堆积体在包含氯气的炉心管内加热至1200℃左右而使其脱水。随后，在氦气氛围的炉心管内加热至1500℃左右而使其成为透明玻璃，从而制成光纤母材。
在所述条件下制造的光纤母材中，针对除长度方向两端的锥形部分以外直径大致固定的圆筒状部分，利用预型体分析仪测定折射率分布。结果在该折射率分布中发现以下特征。也就是说，实施例1中也计算过的比R的值为0.00149(1/mm)。另外，芯部当量直径为21.6mm。
从同一个光纤母材的侧面照射平行光，测定接收透过所述光纤母材的光而拍摄出的图像的光强度分布。可将光强度分布的两个暗部的间隔作为所述光纤母材的芯部当量直径，从而容易地测定出了实施例2中制造出的光纤母材的芯部与包层部的直径比。
[比较例1]
使用与实施例1相同的器材，制造比较例1的光纤母材。使氧气、氢气、氩气、四氯化硅及四氯化锗分别以9.3L/分钟、6.5L/分钟、0.38L/分钟、0.44L/分钟及16mL/分钟的流量流向芯部堆积用燃烧器13。
使四氯化硅及氧气分别以0.80L/分钟及0.66L/分钟的设定流向第1包层部堆积用燃烧器14的喷射口21a。使氢气以29L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以15L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计3.0L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。另外，使四氯化硅及氧气分别以4.8L/分钟及3.6L/分钟的设定流向第2包层部堆积用燃烧器15的喷射口21a，使氢气以63L/分钟的流量流向喷射口21d，使氧气以31L/分钟的流量流向喷射口21f，使氧气以合计6.2L/分钟的流量流向小口径喷射口群21c。
将在所述条件下制造的玻璃微粒子堆积体12在包含氯气的炉心管内加热至1200℃左右而使其脱水。之后，在氦气氛围的炉心管内加热至1500℃左右而使其成为透明玻璃，从而制成光纤母材。
在所述条件下制造的光纤母材中，针对除长度方向两端的锥形部分以外直径大致固定的圆筒状部分，利用预型体分析仪测定折射率分布。
图7是将比较例1的光纤母材的折射率比的分布与实施例1的光纤母材的折射率比的分布进行比较并加以显示的曲线图。如图所示，两者的折射率比分布的不同体现出制造条件的差异。比较例1的光纤母材的比R为0.00113(1/mm)。
从侧面向所述光纤母材照射平行光，测定接收透过光纤母材的光而拍摄出的图像的光强度分布。将光强度分布的两个暗部的间隔作为所述光纤母材的芯部当量直径。进而，在光纤母材的长度方向上的多个位置上，利用同样的方法测定芯部当量直径。将测定结果示于下述表1。
[表1]
Figure BDA0002985145180000071
如表1所示，在长度方向的一部分中，无法利用所述测定方法测定作为比较例而制造的光纤母材的芯部当量直径。
图8是针对所述比较例1，将通过使用平行光进行测定所获得的芯部当量直径与使用预型体分析仪所获得的芯部直径的测定结果进行比较并加以显示的图。如图所示，不同测定方法的测定结果的值的比在0.95至1.05的范围内变动，在长度方向上并不固定。
[其它实施例及其它比较例]
进而，制作比R不同的多个实施例及比较例，研究能否通过平行光的照射来测定芯部当量直径。将结果统一示于下述表2。
[表2]
Figure BDA0002985145180000072
如图所示，可知当比R为0.0015以上时，可根据平行光的透过光强度分布测定有效的芯部当量直径。由此，即便是在芯部当量直径为22mm以上的情况下，也能够通过照射平行光这种简单且迅速的方法，测定大型且直径较大的光纤母材的芯部当量直径，从而获得可靠性较高的测定结果。
如上所述，存在当光纤母材的直径增大时，通过使用平行光的方法测量出的芯部当量直径的值与使用预型体分析仪测量出的芯部直径的值的比率发生变化的情况。如果要在这种情况下使用预型体分析仪进行测量，则无法避免在以下两者之间进行取舍：光纤母材的长度方向上测定间隔增大导致测定精度降低；以小间隔进行测定导致测定时间变长。
但是，关于所述实施例的光纤母材，利用平行光所获得的芯部当量直径的测定结果与利用预型体分析仪所测量出的芯部直径的测定结果的关系稳定，从而能够迅速且容易地获得可靠性较高的测量结果。因此，能够提高大型化后的光纤母材的品质与生产性，从而提高光纤的供给。
符号的说明
11 起始材料；12 玻璃微粒子堆积体；13 芯部堆积用燃烧器；14 第1包层部堆积用燃烧器；15 第2包层部堆积用燃烧器；20 燃烧器；21a、b、d～f 喷射口；21c 小口径喷射口群

Claims (3)

1.一种光纤母材，所述光纤母材具有折射率相对较高的芯部及折射率相对较低的包层部；
在所述光纤母材的径向上从所述芯部延伸至所述包层部的折射率变化的区间中，将所述包层部的折射率设为折射率比的基准0.0，将所述芯部的折射率的最大值设为折射率比1.0；
当根据下述式1计算出在所述光纤母材的径向上所述折射率比为0.25的第1位置的所述光纤母材的折射率与所述折射率比为0.75的第2位置的所述光纤母材的折射率之间的差和所述第1位置与所述第2位置的间隔(mm)的比的绝对值时，所述绝对值为0.0015(/mm)以上
[式1]
Figure FDA0002985145170000011
其中，
[R]表示所述间隔相对于所述折射率的差的比的绝对值；
[r0.25]表示根据距所述光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第1位置；
[n0.25]表示所述第1位置上的所述光纤母材的折射率；
[r0.75]表示根据距所述光纤母材中心的距离(mm)所得出的所述第2位置；
[n0.75]表示所述第2位置上的所述光纤母材的折射率。
2.根据权利要求1所述的光纤母材，其中所述光纤母材具有表示折射率在所述光纤母材的径向上的变化的曲线在比所述第1位置更靠外周侧的位置产生拐点的折射率分布。
3.根据权利要求1或2所述的光纤母材，其中所述光纤母材的大致圆筒形状部分的芯部当量直径以直径计为22mm以上。
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