CN115668014A - 光纤以及光纤的制造方法 - Google Patents

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CN115668014A CN202180033879.8A CN202180033879A CN115668014A CN 115668014 A CN115668014 A CN 115668014A CN 202180033879 A CN202180033879 A CN 202180033879A CN 115668014 A CN115668014 A CN 115668014A
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川口雄挥
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Abstract

一种光纤，具有中心轴。光纤具备：由石英玻璃构成、且沿着中心轴延伸的芯部(11)；由石英玻璃构成、且在包围芯部的同时沿着中心轴延伸的包层(12)；以及由树脂构成、且在包围包层的同时沿着中心轴延伸的被覆层(13、14)。包层的外径(f)沿着中心轴变化。在相对于中心轴垂直的一个剖面内，整个芯部和包层平均后的沿着中心轴方向的残余应力(s)沿着中心轴变化。外径(f)相对于平均值的偏差与残余应力(s)相对于平均值的偏差彼此为相反符号。

Description

光纤以及光纤的制造方法
技术领域
本公开涉及光纤以及光纤的制造方法。本申请要求基于2020年6月11日提出的日本申请第2020-101719号的优先权，并且援引所述日本申请中所记载的全部记载内容。
背景技术
非专利文献1～3中公开了用于海底光缆传输等长距离传输的光纤。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：R.M.Shelby et al.,“Guided acoustic-wave Brillouinscattering”,Physical Review B,vol.31,nol.8,p5244(1985)
非专利文献2：M.A.Bolshtyansky et al.,“Impact of Spontaneous GuidedAcoustic-Wave Brillouin Scattering on Long-haul Transmission”,OFC2018,M4B.3(2018)
非专利文献3：M.Paskov et al.,“Observation and Compensation of GuidedAcoustic-Wave Brillouin Scattering in Modulated Channels”,OFC2019,Tu3J.3(2019)
非专利文献4：T.Horiguchi et al.“Tensile strain dependence of Brillouinfrequency shift in silica optical fibers”,IEEE Photonics Technology Lettersvol.1,no.5,p.107(1989)
非专利文献5：Andrew D.Yablon,“Advanced Fiber CharacterizationTechnologies for Fiber Lasers and Amplifiers”,Advanced Solid State Lasers(ASSL),ATh2A.45(2014)
发明内容
本公开的一个实施方式涉及的光纤具有中心轴。光纤具备：由石英玻璃构成、且沿着中心轴延伸的芯部；由石英玻璃构成、且在包围芯部的同时沿着中心轴延伸的包层；以及由树脂构成、且在包围包层的同时沿着中心轴延伸的被覆层。包层的外径沿着中心轴变化。在相对于中心轴垂直的一个剖面内，整个芯部和包层平均后的沿着中心轴方向的残余应力沿着中心轴变化。外径相对于平均值的偏差与残余应力相对于平均值的偏差彼此为相反符号。
本公开的一个实施方式涉及的光纤的制造方法包括：对由玻璃构成的光纤预制棒的前端部进行加热；从因加热而软化的前端部拉出玻璃纤维；以及在玻璃纤维形成由树脂构成的被覆层以成为光纤。拉出是指通过使对玻璃纤维赋予的张力周期性变化，从而使得玻璃纤维的直径和玻璃纤维的轴向上的残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化。
附图说明
[图1A]图1A是示出实施方式涉及的光纤的结构的透视图。
[图1B]图1B是示出实施方式涉及的光纤中的包层外径和残余应力的图。
[图1C]图1C是示出实施方式涉及的光纤的轴向的位置与包层外径之间的关系的曲线图。
[图1D]图1D是示出实施方式涉及的光纤的轴向的位置与残余应力之间的关系的曲线图。
[图2A]图2A是示出变形例涉及的光纤的结构的透视图。
[图2B]图2B是示出变形例涉及的光纤中的包层外径和残余应力的图。
[图3]图3是示出有效线宽扩大至半值全宽的1/2以上、且能够抑制因包层外径的偏差和残余应力的偏差过大而产生的弊端的范围的曲线图。
[图4]图4是实施方式涉及的光纤的制造装置的构成图。
[图5]图5是用于说明辊的动作的图。
[图6]图6是示出实施方式涉及的光纤的制造方法的流程图。
具体实施方式
[本公开所要解决的课题]
在用于长距离传输的光纤中，除了光放大器的自发射光噪音和因光纤中的非线性光学效果而产生的非线性噪音以外，因导波声波的Brillouin散射(GAWBS：GuidedAcoustic Wave Brillouin Scatter)而产生的噪音导致传输性能降低。
在非引用文献1中，公开了以下关于GAWBS的内容。即，在由玻璃形成的光纤中，由于玻璃外周面的反射，在内部产生声波的导波模式。GAWBS是热激励的导波模式随机散射光纤的芯部传播的光的现象。GAWBS的散射光的频谱以原始光的频率为中心具有多个离散峰。各峰的中心频率对应于声波的导波模式。距原始光的频率的频率位移为20MHz至800MHz。峰的线宽为165kHz至1000kHz。
非专利文献2中公开了，在通过光纤长距离传输信号光的情况下，由GAWBS散射的信号光作为噪音而累积，因此GAWBS对信噪比产生不可忽视的影响。
因此，本公开的目的在于提供可以通过抑制GAWBS来提高长距离传输中的传输性能的光纤以及光纤的制造方法。
[本公开的效果]
根据本公开，可以通过抑制GAWBS来提高长距离传输中的传输性能。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式并进行说明。一个实施方式涉及的光纤具有中心轴。光纤具备：由石英玻璃构成、且沿着中心轴延伸的芯部；由石英玻璃构成、且在包围芯部的同时沿着中心轴延伸的包层；以及由树脂构成、且在包围包层的同时沿着中心轴延伸的被覆层。包层的外径沿着中心轴变化。在相对于中心轴垂直的一个剖面内，整个芯部和包层平均后的沿着中心轴方向的残余应力沿着中心轴变化。外径相对于平均值的偏差与残余应力相对于平均值的偏差彼此具有相反符号。
在上述实施方式涉及的光纤中，能够有效地扩大GAWBS的散射光的频谱的峰的线宽。由此，可以抑制GAWBS。结果，可以提高长距离传输中的传输性能。
外径和残余应力可以以沿着中心轴彼此成为反相位的方式变化。在这种情况下，可以使包层的外径相对于平均值的偏差与残余应力相对于平均值的偏差彼此成为相反符号。
在芯部中传播单色光时，通过在光纤中被热激励的声波向前方散射而在芯部传播的散射光的频谱的峰的有效线宽可以大于1.5MHz。在这种情况下，根据非专利文献3中所公开的SNR降低与线宽的关系，可以有效地抑制因GAWBS而导致的SNR降低。
在将外径的偏差设为δf、将残余应力的偏差设为δσ时，下式1实质上可以在全长成立。
[数学式1]
|δf/[μm]-0.0078·(δσ/[MPa])|≥0.125，|δf/[μm]|≤1，|(δσ/[MPa])|≤150
由于在从光纤的全长随机抽取的点的99％以上上式成立，等价于实质上在全长上式成立。此外，更优选的是，在从全长随机抽取的点的99.9％以上上式成立。在这种情况下，能够抑制因包层外径的偏差和残余应力的偏差过大而产生的弊端。
一个实施方式涉及的光纤的制造方法包括：对由玻璃构成的光纤预制棒的前端部进行加热；从因加热而软化的前端部拉出玻璃纤维；以及在玻璃纤维形成由树脂构成的被覆层以成为光纤。拉出是指通过使对玻璃纤维赋予的张力周期性变化，从而使得玻璃纤维的直径和玻璃纤维的轴向上的残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化。
在上述实施方式涉及的光纤的制造方法中，得到了包层的外径和残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化的光纤。因此，能够有效地扩大由GAWBS引起的散射光的频谱的峰的线宽。由此，可以抑制GAWBS。结果，可以提高长距离传输中的传输性能。
上述光纤的制造方法进一步包括将与玻璃纤维连续的光纤引导至卷取机，引导可以包括通过使光纤的行进路径的长度周期性变化，从而使在拉出中被赋予的张力周期性变化。在这种情况下，通过使光纤的行进路径的长度发生变化，结果，可以使对玻璃纤维赋予的张力发生变化。
引导可以包括：通过使转换所述光纤的行进方向的辊周期性移动，从而使行进路径的长度周期性变化。在这种情况下，由于光纤被被覆层保护，因此难以因在辊的外周面上行进而损伤。
上述光纤的制造方法可以进一步包括：测定玻璃纤维的直径和张力中的至少一者。在这种情况下，基于测定结果，可以调节对玻璃纤维赋予的张力。
上述光纤的制造方法可以进一步包括：把持光纤预制棒，并将光纤预制棒以一定速度插入到加热炉中。加热可以通过加热炉加热前端部。在这种情况下，可以稳定地从光纤预制棒拉出玻璃纤维。
[本公开的实施方式的详细说明]
以下，参照附图对本公开的光纤以及光纤的制造方法的具体例进行说明。需要说明的是，本发明不限于这些示例，而是由权利要求书表示，并且意图包括与权利要求书同等的意义和范围内的所有变化。在附图的说明中，对相同要素标注相同的符号，并且省略重复的说明。
在本说明书中，在将某种介质的折射率设为n、纯石英玻璃的折射率设为n0时，该介质的比折射率差Δ设为下式2。
[数学式2]
Δ＝(n/n0)-1
没有特别地记载，假设光纤是具有1个中心轴、且中心轴的圆周呈大致旋转对称、沿着中心轴呈平移对称的结构。对芯部、包层、以及被覆等光纤的构成要素也没有特别地记载，假设是中心轴的圆周呈大致旋转对称、沿着中心轴呈平移对称的结构。在可以应用该假设的情况下，光纤的构成要素的物性值可以规定为相对于中心轴垂直的任意剖面中的值。在对物性值的平均值、最大值、以及百分位数值等统计值进行规定时，用相对于以预定的空间分辨率且以空间均匀的频率测定而得的测定值的集合的统计值代替上述剖面中的物性值。没有特别地记载，上述空间分辨率假设作为光纤的动作波长的近似值的半径1μm的圆。
在将光纤的半径坐标设为r，内半径r0和外半径r1的区域中的比折射率差由下式3表示时，
[数学式3]
Δ＝Δ0+(Δ1-Δ0)*((r-r0)(r1-r0))^α01
该区域的比折射率具有α01次方的形状。这里，Δ0是半径r＝r0、即区域的一端处的比折射率差，Δ1是半径r＝r1、即区域的另一端处的比折射率差。
(光纤)
如图1A所示，光纤1具备：中心轴10、芯部11、包层12、第1被覆层13、以及第2被覆层14。芯部11由玻璃构成、且沿着中心轴10延伸。包层12由玻璃构成、且在包围芯部11的同时沿着中心轴10延伸。第1被覆层13由树脂构成、且在包围包层12的同时沿着中心轴10延伸。第1被覆层13例如由丙烯酸酯系的紫外线固化性树脂构成。第2被覆层14由树脂构成、且在包围第1被覆层的同时沿着中心轴10延伸。第2被覆层14例如由具有高于第1被覆层13的弹性模量的丙烯酸酯系的紫外线固化性树脂构成。
芯部11的比折射率差高于包层12的比折射率差，该差为0.2％以上2.0％以下。在芯部11中，作为添加物，不含有GeO2、而含有Cl、F、P、Br、Na、K及Rb当中的1种或多种添加物。在包层12中，作为添加物，含有F和Cl当中的1种或多种。由此，光纤1可以实现低传输损耗，从而适用于长距离光通信。传输损耗优选为0.17dB/km以下、更优选为0.16dB/km以下、进一步优选为0.15dB/km以下。另一方面，通过使传输损耗为0.10dB/km以上，可以提高生产性。
芯部11的直径为7μm以上14μm以下。包层12的平均外径为123μm以上127μm以下、更优选为124μm以上126μm以下。已经广泛使用的光纤的平均直径为125μm。因此，通过使光纤1的包层12的平均外径为125μm，可以降低与广泛使用的光纤连接所需的成本。第2被覆层14的外径为170μm以上270μm以下。由此，光纤1可以兼具充分的机械强度和高密度的缆线容纳。
光纤1通过加热光纤预制棒201的前端部201b(参照图4)并拉丝而制造。光纤预制棒201由石英玻璃构成、在与轴向垂直的剖面中具有与光纤1相似的形状。在拉丝光纤1时，对光纤1赋予张力。由于该张力以及拉丝过程中随着光纤1的冷却而发生的热收缩，在拉丝后的光纤1的玻璃(即，芯部11和包层12)中残留应力。
如图1B和图1C所示，包层12的外径f(z)作为光纤1的轴向的位置z的函数而变化。即，包层12的外径f(z)沿着中心轴10变化。以下，包层12的外径也被称为包层外径。
将光纤1的长度设为L，包层外径f(z)的平均值<f>定义为下式4。
[数学式4]
Figure BDA0003929552940000071
包层外径f(z)相对于平均值<f>的偏差δf和标准偏差σf定义为下式5。
[数学式5]
δf＝f-<f>，
Figure BDA0003929552940000072
如图1B和图1D所示，在光纤1中，石英玻璃内的残余应力s(z)也作为z的函数而变化。即，残余应力s(z)沿着中心轴10变化。在本公开中，将石英玻璃内的残余应力s(z)定义为：在相对于中心轴10垂直的一个剖面内，整个芯部11和包层12平均后的沿着中心轴10方向的分量的值。即，石英玻璃内的残余应力s(z)定义为下式6。
[数学式6]
Figure BDA0003929552940000073
关于应力的符号，将拉伸应力设为正、压缩应力设为负。作为测定残余应力的方法，例如可以使用非专利文献5所记载的基于干涉测定的方法。即，通过从光纤的侧面照射具有被控制的偏振光的测定光，使透过光纤的测定光与基准光发生干涉，从而测定透过光纤时的相位变化的空间分布，并基于该分布得到光纤剖面内的折射率和双折射率的分布。基于该分布，可以测定光纤的内部的残余应力。非专利文献5通过该引用被并入。
石英玻璃内的残余应力s(z)的平均值<s>定义为下式7。
[数学式7]
Figure BDA0003929552940000081
石英玻璃内的残余应力s(z)相对于平均值<s>的偏差δs和标准偏差σs定义为下式8。
[数学式8]
δs＝s-<s>，
Figure BDA0003929552940000082
如图1C和图1D所示，包层外径f(z)相对于平均值<f>的偏差δf与残余应力s(z)相对于平均值<s>的偏差δs彼此为相反符号。包层外径f(z)和残余应力s(z)以沿着中心轴10彼此成为反相位(包层外径f(z)和残余应力s(z)各自以三角函数近似时的相位差为180度)的方式变化。
偏差δf的变动周期定义为通过将偏差δf相对于位置z进行傅里叶变换并将振幅平方而得的功率谱的重心的倒数。偏差δs的变动周期定义为通过将偏差δs相对于位置z进行傅里叶变换并将振幅平方而得的功率谱的重心的倒数。偏差δf的变动周期和偏差δs的变动周期可以彼此相等。各变动周期优选为0.01m以上100m以下、更优选为0.02m以上50m以下。在各变动周期较长的情况下，传输路径的每个区间的传输性能的偏差增大。在各变动周期较短的情况下，由于向高阶模式的模式耦合，发生传输损耗增加。因此，优选设在上述的范围内。
除了上述的变动周期的范围以外，更优选的是，如图2A和图2B所示的变形例涉及的光纤1A那样，包层12包括：包围芯部11的内侧包层120和包围内侧包层120的外侧包层121这至少2层，内侧包层120具有比外侧包层121低的折射率。由此，可以扩大基底导波模式与高阶模式之间的折射率差。因此，可以抑制因短的变动周期分量而引起的向高阶模式的模式耦合。结果，例如即使在对光纤施加微弯的情况下，也可以抑制因模式耦合而引起的传输损耗增加。
在相对于中心轴10垂直的一个剖面内，当将整个芯部11和包层12平均后的杨氏模量设为E、残留应变设为ε时，ε＝s/E，因此残留应变的平均值<ε>和相对于平均的偏差δε近似地表示为下式9和下式10。
[数学式9]
<ε>＝<s>/E，
[数学式10]
δε＝δs/E，
如非专利文献4中所公开的那样，将密度设为ρ、泊松比设为κ，光纤中的纵波的声速Vd表示为下式11。
[数学式11]
Figure BDA0003929552940000091
因此，当用上标“’”表示因应变而引起的微分d/dε时，已知近似为下式12。
[数学式12]
Figure BDA0003929552940000092
因此，因残余应力的偏差δs而产生的声速的偏差δVd表示为下式13。
[数学式13]
Figure BDA0003929552940000093
如非专利文献1中所公开的那样，因GAWBS而引起的散射光的光谱中的第m个峰的频率Ωm如下所述给出。即，将对应的声波的模式的纵波的速度设为Vd、横波的速度设为Vs、声速比设为α＝Vs/Vd，下式14的第m个的零点设为y＝ym，
[数学式14]
(1-α2)J0(y)-α2J2(y)＝0
第m个峰的频率Ωm表示为下式15。
[数学式15]
Ωm＝2Vdym/f
因此，在包层外径f和残余应力s沿着中心轴10变化时，第m个峰的频率产生的偏差δΩm表示为下式16。
[数学式16]
Figure BDA0003929552940000101
通过使第m个峰的频率Ωm在其线宽的半值全宽ΔΩm的1/2左右以上纵向地变化，可以扩大当包括纵向变化的纤维长度被视为均匀纤维时的有效的线宽。换言之，通过使峰频率Ωm沿着中心轴10变化，同时将其变化量设为半值全宽ΔΩm的1/2左右以上，可以有效地扩大光纤1的线宽。
非专利文献3中公开了，由GAWBS引起的散射光的光谱中的峰的线宽越小，由GAWBS引起的信噪比越低。即，通过有效地扩大线宽，可以抑制由GAWBS引起的信噪比的降低。如式(A)所示，通过使残余应力相对于平均值的偏差与包层外径相对于平均值的偏差以彼此成为相反符号的方式纵向地变化，可以更有效地扩大GAWBS的有效线宽。
另一方面，在光纤1的包层外径的变化过大的情况下，使用套圈和V型槽作为调心手段的连接中的连接损耗增大。而且，难以基于包层外径的测定值检测出玻璃中的气泡等异常部。因此，包层外径的偏差的标准偏差的3倍(3σ)可以为1.0μm以下、更优选为0.5μm以下。当残余应力过大时，因断裂强度的降低、以及因光纤1被切开时端面的平坦性的降低而产生的连接损耗增大。因此，残余应力的偏差的标准偏差的3倍(3σ)可以为150MPa以下、更优选为100MPa。
图3是示出有效线宽扩大至半值全宽的1/2以上、且能够抑制因包层外径的偏差和残余应力的偏差过大而产生的弊端的范围的曲线图。图3的横轴表示残余应力偏差[MPa]，图3的纵轴表示包层外径偏差[μm]。在图3中，在基于非专利文献1，将峰频率设为500MHz、线宽的半值全宽设为1MHz的情况下，示出了基于非专利文献1的光纤的纵向方向的包层外径和残余应力没有发生变化的情况下的GAWBS的特性。
具体而言，优选满足下述条件(1)的范围、更优选满足条件(2)的范围。
条件(1)
[数学式17]
|δf/[μm]-0.0078·(δσ/[MPa])|≥0.125，|δf/[μm]|≤1，|(δσ/[MPa])|≤150
条件(2)
[数学式18]
|δf/[μm]-0.0078·(δσ/[MPa])|≥0.125，|δf/[μm]|≤0.5，|(δσ/[MPa])|≤100
为了扩大由GAWBS引起的散射光的频谱的峰的线宽，更优选的是，除了如上所述的包层外径和残余应力的反相位的变化以外，还可以通过对光纤1的包层12的外径赋予非圆性并丧失旋转对称性，从而消除声响模式的简并。具体而言，包层非圆率可以为0.1％以上、更优选可以为0.2％以上。另一方面，由于过大的包层非圆率会增大连接损耗，因此包层非圆率可以为1.5％以下、更优选可以为1％以下。这里，包层12的外径具有非圆性是指包层12的外周部不是完全的圆。包层非圆率是将包层12的外周部近似为椭圆时的长轴与短轴的长度差除以长轴的长度而得的值。
在芯部11从包层12的重心偏心的情况下，声波的模式振幅与光电场的模式振幅的重叠减少。由此，可以扩大由GAWBS引起的散射光的频谱的峰的线宽。具体而言，芯部偏心可以为0.1μm以上、更优选可以为0.2μm以上。另一方面，过大的芯部偏心增大了连接损耗。因此，芯部偏心可以为1.0μm以下、更优选可以为0.8μm以下。
在光纤1中，在芯部11中传播单色光时，通过光纤1中被热激励的声波向前方散射而在芯部11传播的散射光的频谱的500MHz以上的峰的线宽可以大于1.5MHz。
(光纤的制造方法)
以下，对实施方式涉及的光纤1的制造方法进行说明。图4是实施方式涉及的光纤的制造装置的构成图。图5是用于说明辊的动作的图。图4所示的制造装置2是用于从光纤预制棒201经由玻璃纤维204制造光纤1的装置。制造装置2具备：把持部202、加热炉203、保温炉205、测定器206、冷却器207、模具208、紫外线照射机209、辊211、绞盘212、以及卷取机213。
把持部202把持着光纤预制棒201，并以一定速度送入到加热炉203中。光纤预制棒201具有被把持部202把持着的基端部201a、和插入到加热炉203的内部的前端部201b。把持部202具备作为将光纤预制棒201供给到加热炉203中的供给部的功能。
加热炉203具有插入光纤预制棒201的开口203a、和与开口203a相对的拉出玻璃纤维204的开口203b。加热炉203对供给到加热炉203的内部的光纤预制棒201的前端部201b进行加热并使其软化。从因加热而软化的前端部201b拉出玻璃纤维204。玻璃纤维204通过开口203b被拉出至加热炉203的外部。
保温炉205保温玻璃纤维204，并缓和玻璃的结构。测定器206测定缓和了玻璃的结构的状态下的玻璃纤维204的直径和张力中的至少一者。作为测定器206，例如可以列举出：对玻璃纤维204照射激光以测定直径的测定器、以及对玻璃纤维204照射超声波以测定张力的测定器。
冷却器207配置在测定器206的后段，冷却玻璃纤维204。模具208在入线后的玻璃纤维204的外周面涂布树脂以形成被覆树脂。树脂包含丙烯酸酯系的紫外线固化性树脂。紫外线照射机209对形成于玻璃纤维204的被覆树脂照射紫外线，以使被覆树脂固化。由此，玻璃纤维被树脂被覆。结果，制造了光纤210。
在图4中，示出了1组的模具208和紫外线照射机209，但是制造装置2也可以具备沿着玻璃纤维204的轴向配置的2组的模具208和紫外线照射机209。在这种情况下，配置在前段的模具208和紫外线照射机209具有作为形成第1被覆层13的第1被覆层形成部的功能。配置在后段的模具208和紫外线照射机209具有作为形成第2被覆层14的第2被覆层形成部的功能。由此，形成了第1被覆层13和第2被覆层14，从而得到了光纤1。
辊211转换光纤1的行进方向。辊211以改变辊211的角度或位置的方式进行移动。由此，从前端部201b至卷取机213的光纤1和玻璃纤维204的行进路径(path-line)的长度周期性变化。
如图5所示，辊211例如沿着辊211的轴向往返移动。在这种情况下，辊211的外周面中的光纤1的行进位置在辊211的轴向的一端侧与另一端侧之间往返移动。由此，来自光纤预制棒201的前端部201b的玻璃纤维204的拉出方向和拉出角度也周期性变化。拉出角度是玻璃纤维204的拉出方向与光纤预制棒201的轴向所成的角度。
光纤1和玻璃纤维204的行进路径的长度在光纤1在辊211的轴向的中央行进时变短，在一端侧和另一端侧行进时变长。在行进路径变长的过程中，对玻璃纤维204赋予的张力增加。因此，在玻璃纤维204的直径减小的同时玻璃纤维204的残余应力增大。由此，在包层外径减小的同时沿着中心轴10方向的光纤1的残余应力增大。
与此相对，在行进路径变短的过程中，对玻璃纤维204赋予的张力减少。在玻璃纤维204的直径增大的同时玻璃纤维204的残余应力减少。由此，在包层外径增大的同时沿着中心轴10方向的光纤1的残余应力减少。结果，得到了具有包层外径和残余应力的纵向变动的光纤1。即，得到了包层外径和残余应力以沿着中心轴10彼此成为反相位的方式变化的光纤1。
辊211一边以这种方式使玻璃纤维204和光纤1的行进路径的长度周期性变化，一边将光纤1引导至绞盘212。由此，辊211赋予了在光纤1的包层外径与残余应力之间的反相位的纵向变化。辊211例如也可以沿着光纤1的中心轴10移动，在保持玻璃纤维204的行进路径的长度的状态下，仅使光纤1的行进路径的长度周期性变化。在这种情况下，玻璃纤维204的拉出方向和拉出角度也保持。即使在这种情况下，通过使光纤1的行进路径的长度变化，对玻璃纤维204赋予的张力也在随之变化。因此，可以使对玻璃纤维204赋予的张力周期性变化。
行进路径的长度变动的周期换算为光纤1的长度为0.01m以上100m以下、更优选为0.02m以上50m以下。由此，可以提高GAWBS的抑制效果。为此，例如在以50m/s拉丝光纤1期间，使辊211的位置或角度以0.5Hz以上、更优选为1Hz以上变化。
绞盘212以预定的速度和张力牵引光纤1。卷取机213卷取由绞盘212牵引的光纤1。
图6为示出实施方式涉及的光纤的制造方法的流程图。光纤1的制造方法包括：将光纤预制棒201插入到加热炉203中的工序S1；加热光纤预制棒201的前端部201b的工序S2；从前端部201b拉出玻璃纤维204的工序S3；保温玻璃纤维204的工序S4；测定玻璃纤维204的直径和张力中的至少一者的工序S5；冷却玻璃纤维204的工序S6；在玻璃纤维204形成被覆树脂以成为光纤1的工序S7；引导光纤1的工序S8；以及卷取光纤1的工序S9。
在工序S1中，通过把持部202将光纤预制棒201以一定速度插入到加热炉203的内部。光纤预制棒201在基端部201a被把持的状态下使前端部201b通过加热炉203的开口203a并送入到加热炉203的内部。在工序S2中，前端部201b被加热炉203加热而软化。
在工序S3中，从因加热而软化了的前端部201b通过开口203b拉出玻璃纤维204。在工序S3中，通过使对玻璃纤维204赋予的张力周期性变化，玻璃纤维204的直径和玻璃纤维204的轴向的残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化。根据工序S3中的玻璃纤维204的拉出速度，可以设定工序S1中的光纤预制棒201的插入速度。
在工序S4中，利用保温炉205保温拉出后的玻璃纤维204。由此，缓和了玻璃的结构。在工序S5中，利用测定器206测定玻璃纤维204的直径和张力中的至少一者。在工序S6中，冷却玻璃纤维204。
在工序S7中，首先，利用模具208在玻璃纤维204的外周面涂布树脂，以形成被覆树脂。接着，通过从紫外线照射机209照射的紫外线使被覆树脂固化。通过重复进行工序S7，形成了第1被覆层13和第2被覆层14，结果，得到了光纤1。
在工序S8中，利用绞盘212以预定的速度和张力牵引与玻璃纤维204连续的光纤1，在辊211的外周面行进后，引导至卷取机213。利用辊211转换光纤1的行进方向。在工序S8中，通过至少使光纤1的行进路径的长度周期性变化，从而使在工序S3中对玻璃纤维204赋予的张力周期性变化。在工序S8中，通过使辊211周期性移动，从而使光纤1的行进路径的长度周期性变化。在工序S8中，使玻璃纤维204和光纤1的行进路径的长度的总和周期性变化。
包层外径和残余应力的变化通过辊211的移动(运动)以及绞盘212的牵引速度的变化而发生。因此，基于测定器206所测定的包层外径或张力，可以控制辊211的移动和绞盘212的旋转，使得其变动幅度落入目标范围内。
玻璃纤维204和光纤1的行进路径的长度变动的周期换算为光纤1的长度为0.01m以上100m以下、更优选为0.02m以上50m以下。由此，可以提高GAWBS的抑制效果。为了以这样的周期使玻璃纤维204和光纤1的行进路径的长度变动，例如在以50m/s拉丝光纤1期间，只要使辊211的位置或角度以0.5Hz以上5kHz以下、更优选为1Hz以上2.5kHz以下变化即可。
在工序S9中，利用卷取机213卷取光纤1。
如上所述，在光纤1中，包层外径和残余应力沿着光纤1的中心轴10变化，并且包层外径f(z)相对于平均值<f>的偏差δf与残余应力s(z)相对于平均值<s>的偏差δs彼此为相反符号。因此，可以有效地扩大由GAWBS引起的散射光的频谱的峰的线宽。由此，可以抑制GAWBS。结果，可以提高长距离传输中的传输性能。
包层外径f(z)与残余应力s(z)以沿着中心轴10彼此成为反相位的方式变化。因此，包层外径f(z)相对于平均值<f>的偏差δf与残余应力s(z)相对于平均值<s>的偏差δs可以彼此为相反的符号。
在芯部11中传播单色光时，通过光纤1中被热激励的声波向前方散射而在芯部11传播的散射光的频谱的峰的线宽大于1.5MHz。因此，可以可靠地抑制GAWBS。
在光纤1中，上述条件(1)成立。因此，可以抑制因包层外径的偏差和残余应力的偏差过大而产生的弊端。
在光纤1的制造方法中，在工序S3中，通过使对玻璃纤维204赋予的张力周期性变化，玻璃纤维204的直径和玻璃纤维204的轴向的残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化。由此，得到了包层外径和残余应力以沿着轴向彼此成为反相位的方式变化的光纤1。因此，可以有效地扩大由GAWBS引起的散射光的频谱的峰的线宽。因此，可以抑制GAWBS。结果，可以提高长距离传输中的传输性能。
在工序S8中，通过使光纤1的行进路径的长度周期性变化，可以使在工序S3中赋予的张力周期性变化。因此，通过使光纤1的行进路径的长度变化，可以间接地使对玻璃纤维赋予的张力变化。
在工序S8中，通过使转换光纤1的行进方向的辊211周期性移动，从而使光纤1的行进路径的长度周期性变化。在假设通过设置转换玻璃纤维204的行进方向的辊，并且通过该辊的移动来改变对玻璃纤维204赋予的张力的情况下，可能因玻璃纤维204与辊接触而产生损伤。由于光纤1被第1被覆层13和第2被覆层14保护，因此难以被辊211损伤。
由于光纤1的制造方法包括工序S5，因此基于玻璃纤维204的直径和张力中的至少一者的测定结果，可以调节对玻璃纤维204赋予的张力。
由于光纤1的制造方法包括工序S1，因此可以稳定地从光纤预制棒201拉出玻璃纤维204。
符号的说明
1，1A…光纤
2…制造装置
10…中心轴
11…芯部
12…包层
13…第1被覆层
14…第2被覆层
201…光纤预制棒
201a…基端部
201b…前端部
202…把持部
203…加热炉
203a…开口
203b…开口
204…玻璃纤维
205…保温炉
206…测定器
207…冷却器
208…模具
209…紫外线照射机
211…辊
212…绞盘
213…卷取机

Claims (15)

1.一种光纤，其是具有中心轴的光纤，具备：
由石英玻璃构成、且沿着所述中心轴延伸的芯部；
由石英玻璃构成、且在包围所述芯部的同时沿着所述中心轴延伸的包层；以及
由树脂构成、且在包围所述包层的同时沿着所述中心轴延伸的被覆层，
所述包层的外径沿着所述中心轴变化，
在相对于所述中心轴垂直的一个剖面内，整个所述芯部和所述包层平均后的沿着所述中心轴方向的残余应力沿着所述中心轴变化，
所述外径相对于平均值的偏差与所述残余应力相对于平均值的偏差彼此为相反符号。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述外径和所述残余应力以沿着所述中心轴彼此成为反相位的方式变化。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光纤，其中，
在所述芯部中传播单色光时，通过所述光纤中被热激励的声波向前方散射而在所述芯部传播的散射光的频谱的峰的线宽大于1.5MHz。
4.根据权利要求1至权利要求3中任1项所述的光纤，其中，
在将所述外径的偏差设为δf、所述残余应力的偏差设为δσ时，
[数学式1]
|δf/[μm]-0.0078·(δσ/[MPa])|≥0.125，|δf/[μm]|≤1，|(δσ/[MPa])|≤150
实质上在全长成立。
5.根据权利要求1至权利要求4中任1项所述的光纤，其中，
所述外径的偏差的变动周期和所述残余应力的偏差的变动周期均为0.01m以上100m以下。
6.根据权利要求1至权利要求5中任1项所述的光纤，其中，
所述外径的偏差的标准偏差的3倍为1.0μm以下。
7.根据权利要求1至权利要求6中任1项所述的光纤，其中，
所述残余应力的偏差的标准偏差的3倍为150MPa以下。
8.根据权利要求1至权利要求7中任1项所述的光纤，其中，
所述包层包含：包围所述芯部的内侧包层、和包围所述内侧包层的外侧包层，
所述内侧包层的折射率低于所述外侧包层的折射率。
9.根据权利要求1至权利要求8中任1项所述的光纤，其中，
所述包层的非圆率为0.1％以上1.5％以下。
10.根据权利要求1至权利要求9中任1项所述的光纤，其中，
传输损耗为0.17dB/km以下。
11.一种光纤的制造方法，包括：
对由玻璃构成的光纤预制棒的前端部进行加热；
从因加热而软化的所述前端部拉出玻璃纤维；以及
在所述玻璃纤维上形成由树脂构成的被覆层以成为光纤，
所述拉出包括：通过使对所述玻璃纤维赋予的张力周期性变化，从而使得所述玻璃纤维的直径和所述玻璃纤维的轴向上的残余应力以沿着所述轴向彼此成为反相位的方式变化。
12.根据权利要求11所述的光纤的制造方法，
进一步包括将与所述玻璃纤维连续的所述光纤引导至卷取机，
所述引导包括：通过使所述光纤的行进路径的长度周期性变化，从而使在所述拉出中被赋予的所述张力周期性变化。
13.根据权利要求12所述的光纤的制造方法，其中，
所述引导包括：通过使转换所述光纤的行进方向的辊周期性移动，从而使所述行进路径的长度周期性变化。
14.根据权利要求11至权利要求13中任1项所述的光纤的制造方法，
进一步包括测定所述玻璃纤维的直径和张力中的至少一者。
15.根据权利要求11至权利要求14中任1项所述的光纤的制造方法，
进一步包括把持所述光纤预制棒，并将所述光纤预制棒以一定速度插入到加热炉中，
所述加热通过所述加热炉加热所述前端部。
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