CN117063103A - 多芯光纤、多芯光纤的制造方法、多芯光纤母材以及多芯光纤母材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
目的在于，提供断裂强度高的多芯光纤以及其制造方法、和多芯光纤母材以及其制造方法。多芯光纤(10)具备：含有玻璃的多个纤芯部(1)；和含有玻璃且包围所述多个纤芯部(1)的外周的包层部(2)，所述包层部(2)在比所述纤芯部(1)当中最接近包层部(2)的外周的纤芯部(1)更靠外周侧的区域，拉伸应力为20MPa以下。所述区域可以包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。
Description
技术领域
本发明涉及多芯光纤、多芯光纤的制造方法、多芯光纤母材以及多芯光纤母材的制造方法。
背景技术
作为制造具有多个纤芯部的光纤即多芯光纤的方法，已知穿孔法(专利文献1)。在穿孔法中，首先，在成为包层部的一部分的圆柱状的玻璃棒使用钻孔机穿设多个空孔，做出包层母材。接下来，在这些多个空孔分别插入包含纤芯部的纤芯母材，来形成多芯光纤母材。能通过从多芯光纤母材将多芯光纤拉丝来制造多芯光纤。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2011-209702号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
作为多芯光纤的实用上的课题，存在断裂强度有时比例如ITU(国际电信联盟)-TG.652中定义的单芯的单模光纤(以下有时记载为标准SMF)低这样的课题。特别是使用穿孔法制造的多芯光纤的断裂强度有时比较低。
本发明是鉴于上述状况而提出的，其目的在于，提供断裂强度高的多芯光纤以及其制造方法、和多芯光纤母材以及其制造方法。
-用于解决课题的手段-
为了解决上述的课题，达成目的，本发明的一方式是一种多芯光纤，具备：多个纤芯部，其含有玻璃；包层部，其含有玻璃且包围所述多个纤芯部的外周，所述包层部在比所述纤芯部当中的最接近包层部的外周的纤芯部更靠外周侧的区域，拉伸应力为20MPa以下。
也可以是，所述区域包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。
也可以是，在比所述区域更靠中心侧具有拉伸应力的最大值大于所述区域中的拉伸应力的最大值的区域。
也可以是，所述多个纤芯部围绕所述多芯光纤的中心轴同心状配置。
本发明的一方式是一种多芯光纤母材，具备：多个纤芯部，其含有玻璃；和包层部，其含有玻璃且包围所述多个纤芯部的外周，所述包层部在比所述纤芯部当中最接近包层的外周的纤芯部更靠外周侧具有低软化点区域，所述低软化点区域的软化点低于比该低软化点区域更靠中心侧的区域的软化点。
所述低软化点区域包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。
也可以是，所述包层部具备第1包层部、第2包层部和第3包层部，所述第1包层部是包围所述纤芯部的外周的圆筒形状，和所述纤芯部一起构成纤芯母材，所述第2包层部是构成所述低软化点区域的圆筒状，所述第3包层部是沿着长边方向在侧面设置收容多个所述纤芯母材的槽的柱状。
也可以是，所述第3包层部构成为支承各所述纤芯母材并约束移动。
也可以是，所述第3包层部的槽具有该槽的底面和所述纤芯母材的外周面的大致一半的区域内接的形状。
本发明的一方式是一种多芯光纤的制造方法，将所述多芯光纤母材加热熔融，并对多芯光纤进行拉丝。
本发明的一方式一种多芯光纤母材的制造方法，具备：将具备纤芯部和包围该纤芯部的外周的第1包层部的多个纤芯母材分别收容在沿着长边方向在表面设有多个槽的柱状的第2包层部的各槽中的步骤；和将所述第2包层部和所述多个纤芯母材一起插入圆筒形状的第3包层部的步骤，所述第3包层部的软化点比所述纤芯母材以及所述第2包层部的软化点低。
-发明效果-
根据本发明，能实现断裂强度高的多芯光纤。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的多芯光纤的示意性的截面图。
图2是比较方式所涉及的多芯光纤的示意性的截面图。
图3是表示多芯光纤的径向上的应力分布的图。
图4是说明多芯光纤的制造方法的图。
图5是说明多芯光纤的制造方法的图。
图6是说明多芯光纤的制造方法的图。
图7是实施方式1所涉及的多芯光纤的示意性的截面图。
图8是表示多芯光纤的径向上的应力分布的图。
图9是说明多芯光纤的制造方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。另外，并不通过以下说明的实施方式来限定本发明。此外，在各附图中，对相同或对应的构成要素适当标注相同的附图标记。此外，在本说明书中，关于未特别定义的用语，设为遵循ITU-TG.650.1以及G.650.2中的定义、测定方法。
(实施方式1)
[多芯光纤的构造]
图1是实施方式1所涉及的多芯光纤的示意性的截面图，是与长边方向垂直的面中的截面图。多芯光纤10具备：作为多个纤芯部的4个纤芯部1；和包围各纤芯部1的外周的包层部2。各纤芯部1和包层部2均含有石英系玻璃。
4个纤芯部1配置在以多芯光纤10的中心轴X1为中心的圆C上。包层部2具有比各纤芯部1的最大折射率低的折射率。
包层部2具有4个第1区域2a、第2区域2b以及第3区域2c。各第1区域2a是包围各纤芯部1的外周的、截面为圆环状的区域。第2区域2b是位于全部纤芯部1的外周侧的截面为圆环状的区域。第2区域2b的外缘与包层部2的外缘一致。第1区域2a与第2区域2b内接。第3区域2c是第1区域2a、第2区域2b以外的区域。
各纤芯部1例如含有石英系玻璃，该石英系玻璃包含锗等提高折射率的掺杂剂。包层部2的各第1区域2a以及第3区域2c例如含有纯石英玻璃。所谓纯石英玻璃，是指实质上不含使折射率变化的掺杂剂、且波长1550nm下的折射率约为1.444的、极其高纯度的石英玻璃。
第2区域2b例如包含卤素、碱金属以及硼当中的至少一个元素。卤素是氟、氯或溴等。碱金属是锂、钠或钾等。
在此，包层部2在比最接近包层部2的外周的纤芯部1更靠外周侧的区域，拉伸应力为20MPa以下。在多芯光纤10中，由于4个纤芯部1距包层部2的外周相同距离，因此，在最接近外周的纤芯部1中，全部纤芯部1都符合，第2区域2b、第1区域2a的一部分以及第3区域2c的一部分相当于拉伸应力为20MPa以下的区域。
本发明的发明者们进行锐意研讨的结果，发现，在包层部2具有这样的20MPa以下的应力的区域的情况下，其多芯光纤10的断裂强度比较高。
例如，图2是比较方式所涉及的多芯光纤的示意性的截面图。该多芯光纤10A是除了包层部2A不存在第2区域2b且第3区域2d扩展至包层部2A的外缘这点以外其他都与实施方式1所涉及的多芯光纤10相同的结构。
图3是表示多芯光纤10以及10A的径向上的应力分布的图。曲线L1表示多芯光纤10的应力分布，曲线L2表示多芯光纤10A的应力分布。在图3中，应力为拉伸应力的情况以正的值示出，应力为压缩应力的情况以负的值示出。
如图3所示那样，在多芯光纤10A的包层部2A中，在比纤芯部1更靠外周侧，存在拉伸应力成为超过20MPa这样的大小的区域。与此相对，在多芯光纤10的包层部2，在比纤芯部1更靠外周侧，不存在拉伸应力超过20MPa这样的区域，成为20MPa以下。
在多芯光纤10A的包层部2A中，由于在比纤芯部1更靠外周侧，拉伸应力超过20MPa，因此，易于从包层部2A的外缘产生龟裂，断裂强度变低。与此相对，在多芯光纤10的包层部2中，由于在比纤芯部1更靠外周侧，拉伸应力为20MPa以下，因此，难以产生从包层部2的外缘起龟裂，断裂强度变高。
另外，在多芯光纤10中，与多芯光纤10A比较，不同点在于：在纤芯部1的位置，产生比较大的压缩应力，在包层部2的中心部的位置，与多芯光纤10A的包层部2A的中心部的位置相比拉伸应力变高。包层部2的中心部的区域是比纤芯部1更靠中心侧且拉伸应力的最大值大于比纤芯部1更靠外周侧的区域中的拉伸应力的最大值的区域的一例。
[制造方法]
参照图4～6来说明多芯光纤10的制造方法的一例。
首先，如图4所示那样，准备圆柱状的玻璃棒110。玻璃棒110是成为多芯光纤10的包层部2的第3区域2c的部分，含有与第3区域2c相同的玻璃材料。而且，在该玻璃棒110的侧面，沿着长边方向通过切削等形成4条槽121，来制作柱状的第3包层部120。各槽121从第3包层部120的侧面到中途的深度为止是大致等宽，由此中心侧成为圆底的底面。
其中，第3包层部120并不限于加工圆柱状的玻璃棒110来准备，也可以通过成型来准备。
接着，如图5所示那样，进行将第3包层部120插入圆筒状的第2包层部130的中空部的步骤。第2包层部130是成为多芯光纤10的包层部2的第2区域2b的部分，含有与第2区域2b相同的玻璃材料。
接着，如图6所示那样，进行在第3包层部120的各槽121收容纤芯母材140的步骤。纤芯母材140由纤芯部141和包围纤芯部的外周的圆筒形状的第1包层部142构成。纤芯部141是成为多芯光纤10的纤芯部1的部分，含有与纤芯部1相同的玻璃材料。第1包层部142是成为多芯光纤10的包层部2的第1区域2a的部分，含有与第1区域2a相同的玻璃材料。由此，制造多芯光纤母材100。
另外，4个纤芯部1配置成距第3包层部120的中心轴且第2包层部130的中心轴即中心轴X2成为等距离。将第3包层部120的各槽121设为对纤芯母材140进行定位的形状，以使得4个纤芯部1距中心轴X2成为等距离。
通过将该多芯光纤母材100加热熔融并将多芯光纤拉丝，能制造多芯光纤10。另外，也可以为了在拉丝前将纤芯母材140、第3包层部120和第2包层部130一体化而加热多芯光纤母材100。
参照图6来更具体地说明多芯光纤母材100。多芯光纤母材100具备：多个即4个纤芯部141；和包围4个纤芯部141的外周的包层部150。包层部150具备第1包层部142、第2包层部130和第3包层部120。
第2包层部130在包层部150中构成位于比纤芯部141更靠外周侧的低软化点区域。该低软化点区域的软化点低于比该低软化点区域更靠中心侧的区域的软化点。具体地，第2包层部130的软化点低于位于比第2包层部130更靠中心侧(中心轴X2侧)的区域即纤芯部141、第1包层部142以及第3包层部120的软化点。这样的软化点的关系能如下那样实现。即，用纯石英玻璃构成第1包层部142以及第3包层部120，调整石英玻璃系的第2包层部130中的卤素、碱金属以及硼当中的至少一个元素的添加量，以使得软化点变得比纤芯部141低。
通过第2包层部130的软化点比纤芯部141、第1包层部142以及第3包层部120的软化点低，在将多芯光纤母材100加热熔融来进行拉丝时，第3包层部120的流动性变得比其内侧低。其结果，认为在被拉丝的多芯光纤10的外周侧形成拉伸应力为20MPa以下的区域。
在此，在使用穿孔法制作多芯光纤母材的情况下，在纤芯母材与包层母材的空孔之间需要用于插入的余隙。为此，将空孔的内径形成得比纤芯母材的外径大。如此地具有余隙的结果，有时在加热熔融的拉丝时，在空孔内，纤芯母材向中心移动，因此，4个纤芯部的相对的位置关系有时会与设计偏离。
与此相对，第3包层部120的各槽121具有各槽121的底面121a和各纤芯母材140的外周面的大致一半的区域内接的形状。即，各槽121的底面121a是沿着各纤芯母材140的外周面的形状的圆底形状。由此，各纤芯母材140被第3包层部120支承，从而被约束了向径向中心以及向周向的移动。因此，即使在加热熔融的拉丝时在槽121内作用使纤芯母材140向中心移动力，也约束相对位置的变化。其结果，由于维持4个纤芯部141的相对的位置关系，因此，能相对于设计高精度地维持多芯光纤10中的4个纤芯部1的相对的位置关系。
此外，在穿孔法以外作为制作多芯光纤母材的方法之一的堆叠法中，纤芯母材受到来自纤芯母材彼此、玻璃棒的束缚而进行定位，因此，纤芯母材处于易于位置偏离且纤芯部的位置关系的精度变低的倾向。进而，在堆叠法中，由于需要纤芯部配置在格子点，因此，在纤芯部的位置的设计上也有制约。因此，本例的制造方法相对于穿孔法、堆叠法在纤芯部的置的自由度、位置精度的点上具有优点。
此外，在多芯光纤母材100中，第3包层部120的各槽121由于通过玻璃棒110的侧面的切削加工等来形成，因此，也不会如穿孔法那样因钻孔机的长度而产生包层母材的长度的制约。其结果，多芯光纤母材100易于大型化，在多芯光纤10的低成本化的方面具有优点。
以上那样构成的实施方式1所涉及的多芯光纤10的断裂强度高，例如能实现与标准SMF同等的断裂强度。此外，多芯光纤10的纤芯部1的位置精度、配置的自由度也高。此外，以上那样构成的多芯光纤母材100能在多芯光纤10的制造中使用，并且易于大型化。
具体地，根据本例的制造方法，与穿孔法比较，将多芯光纤母材关于长度以及外径的哪一者都易于大型化。例如，在穿孔法中，1000mm程度成为能穿孔的长度的上限，但在本例的制造方法中，由于第3包层部120能通过外削进行加工，因此，长度的制约少。
此外，在穿孔法中，若多芯光纤母材的外径变粗而穿孔径变粗，而给穿孔工具(钻孔机等)带来的负荷变大，加工的难易度提高。与此相对，根据本例的制造方法，第3包层部120由于能通过外削进行加工，因此，即使进行外削的部分变大，加工工序的难易度也难以变高。进而，关于第2包层部130，外径、长度均大型的构件已经实用化，对大型化的制约少。
本发明的实施例，使用上述制造方法来制造具有实施方式1所涉及的多芯光纤10的结构的多芯光纤。制造的实施例的多芯光纤的4个纤芯部的传输损耗均为0.21dB/km以下，纤芯间串扰也每100km为-27dB以下。
此外，作为比较例，制造具有比较方式所涉及的多芯光纤10A的结构的多芯光纤。用应力分布测定器(INTERFIBER ANALYSIS公司制、型式：IFA-100)来测定实施例的多芯光纤和比较例的多芯光纤的应力分布。于是，在比较例的多芯光纤中，在纤芯部的外周侧存在拉伸应力为30MPa以上的区域，但在实施例的多芯光纤中，在纤芯部的外周侧不存在拉伸应力超过20MPa的区域，为20MPa以下。
此外，关于相对于设计值的纤芯部的位置精度，在比较例的多芯光纤中最大有0.3μm的偏离，但在实施例的多芯光纤中，最大的偏离为0.2μm。
此外，对多芯光纤进行施加了承受1％的伸长的应力的验证测试的结果，实施例的多芯光纤的情况与比较例的多芯光纤的情况相比，平均生存长度提升30％以上。
(实施方式2)
[多芯光纤的构造]
图2是实施方式2所涉及的多芯光纤的示意性的截面图，是与长边方向垂直的面中的截面图。多芯光纤10B具备：作为多个纤芯部的4个纤芯部1；和包围各纤芯部1的外周的包层部2B。各纤芯部1和包层部2B均含有石英系玻璃。
4个纤芯部1配置在以多芯光纤10B的中心轴X3为中心的圆上。包层部2B具有比各纤芯部1的最大折射率低的折射率。
包层部2具有多个第1区域2a、第2区域2Bb以及第3区域2Bc。各第1区域2a是包围各纤芯部1的外周的、截面为圆环状的区域。第2区域2Bb是位于全部纤芯部1的外周侧的截面为圆环状的区域。第2区域2Bb的外缘与包层部2B的外缘一致。第1区域2a不与第2区域2b内接，而是空开给定的间隔配置。第3区域2Bc是第1区域2a、第2区域2Bb以外的区域。
各纤芯部1、各第1区域2a、第2区域2Bb、第3区域2Bc的构成材料分别可以与实施方式1所涉及的多芯光纤10的对应的要素即第1区域2a、第2区域2b、第3区域2c的构成材料相同。
在多芯光纤10B中，包层部2B也是在比最接近包层部2B的外周的纤芯部1更靠外周侧的区域中拉伸应力为20MPa以下。
图8是表示多芯光纤10A以及10B的径向上的应力分布的图。曲线L3表示多芯光纤10B的应力分布，曲线L2表示作为比较方式的多芯光纤10A的应力分布。在图8中，应力为拉伸应力的情况以正的值示出，应力为压缩应力的情况以负的值示出。
如图8所示那样，在多芯光纤10B的包层部2B中，在比纤芯部1更靠外周侧保存在拉伸应力超过20MPa这样的区域，成为20MPa以下。
在多芯光纤10B的包层部2B中，由于在比纤芯部1更靠外周侧，拉伸应力为20MPa以下，因此，难以产生包层部2B的外缘起的龟裂，断裂强度变高。
另外，在多芯光纤10B中，与多芯光纤10A比较，在纤芯部1的位置应力大致为零，在这点上相同，但在包层部2B的中心部的位置，拉伸应力比多芯光纤10A的包层部2A的中心部的位置变高，在这点上不同。包层部2B的中心部的区域是比纤芯部1更靠中心侧且拉伸应力的最大值大于比纤芯部1更靠外周侧的区域中的拉伸应力的最大值的区域的一例。
以上那样构成的多芯光纤10B与多芯光纤10同样，断裂强度高，例如能实现与标准SMF同等的断裂强度。
在图9示出用于制造多芯光纤10B的多芯光纤母材200的制造方法的一例。首先，制作在圆柱状的玻璃棒穿设空孔221的柱状的第3包层部220。
其中，第3包层部220并不限于加工圆柱状的玻璃棒来准备，也可以通过成型来准备。
接着，将第3包层部220插入圆筒状的第2包层部230的中空部。接着，在第3包层部220的各空孔221插入纤芯母材140。另外，这些2个插入工序的顺序是任意的。由此，制造多芯光纤母材200。
通过将该多芯光纤母材200加热熔融来对多芯光纤进行拉丝，能制造多芯光纤10B。另外，也可以为了在拉丝前将纤芯母材140、第3包层部220和第2包层部230一体化而对多芯光纤母材200进行加热。
另外，在上述实施方式的多芯光纤10、10B中，纤芯部1均为4个，但纤芯部的数量并没有特别限定。此外，例如，纤芯部1配置在以多芯光纤10、10B的中心轴为中心的圆上，但配置也没有特别限定。此外，例如，纤芯部的数量例如进一步多为8个以上的情况下，纤芯部可以围绕多芯光纤的中心轴配置成同心状。在该情况下，在比最接近包层部的外周的纤芯部更靠外周侧的区域中，拉伸应力成为20MPa以下。
此外，例如，纤芯部、第1区域、第3区域可以包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。在该情况下，可以调整第2区域中的卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素的含有量，以使得在比最接近包层部的外周的纤芯部更靠外周侧的区域，拉伸应力成为20MPa以下。
此外，并不通过上述实施方式限定本发明。适当组合上述的各构成要素而构成的方案也含在本发明中。此外，进一步的效果、变形例能由本领域技术人员容易地导出。因而，本发明的更广泛的方式并不限定于上述的实施方式，能进行各种变更。
产业上的可利用性
本发明适于运用于具有多个纤芯部的光纤。
-符号说明-
1、141：纤芯部
2、2A、2B、150：包层部
2a：第1区域
2b、2Bb：第2区域
2c、2Bc、2d：第3区域
10、10A、10B：多芯光纤
100、200：多芯光纤母材
110：玻璃棒
120、220：第3包层部
121：槽
121a：底面
130、230：第2包层部
140：纤芯母材
142：第1包层部
221：空孔
C：圆
X1、X2、X3：中心轴。
Claims (11)
1.一种多芯光纤，其特征在于，具备：
多个纤芯部，其含有玻璃；
包层部，其含有玻璃且包围所述多个纤芯部的外周，
所述包层部在比所述纤芯部当中的最接近包层部的外周的纤芯部更靠外周侧的区域，拉伸应力为20MPa以下。
2.根据权利要求1所述的多芯光纤，其中，
所述区域包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。
3.根据权利要求1或2所述的多芯光纤，其中，
在比所述区域更靠中心侧具有拉伸应力的最大值大于所述区域中的拉伸应力的最大值的区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多芯光纤，其中，
所述多个纤芯部围绕所述多芯光纤的中心轴而同心状配置。
5.一种多芯光纤母材，其特征在于，具备：
多个纤芯部，其含有玻璃；和
包层部，其含有玻璃且包围所述多个纤芯部的外周，
所述包层部在比所述纤芯部当中最接近包层的外周的纤芯部更靠外周侧具有低软化点区域，
所述低软化点区域的软化点低于比该低软化点区域更靠中心侧的区域的软化点。
6.根据权利要求5所述的多芯光纤母材，其中，
所述低软化点区域包含卤素、碱金属以及硼当中至少一个元素。
7.根据权利要求5或6所述的多芯光纤母材，其中，
所述包层部具备第1包层部、第2包层部和第3包层部，
所述第1包层部是包围所述纤芯部的外周的圆筒形状，和所述纤芯部一起构成纤芯母材，
所述第2包层部是构成所述低软化点区域的圆筒状，
所述第3包层部是沿着长边方向在侧面设置收容多个所述纤芯母材的槽的柱状。
8.根据权利要求7所述的多芯光纤母材，其中，
所述第3包层部构成为支承各所述纤芯母材并约束移动。
9.根据权利要求7或8所述的多芯光纤母材，其中，
所述第3包层部的槽具有该槽的底面和所述纤芯母材的外周面的大致一半的区域内接的形状。
10.一种多芯光纤的制造方法，其特征在于，将权利要求5～9中任一项所述的多芯光纤母材加热熔融，并对多芯光纤进行拉丝。
11.一种多芯光纤母材的制造方法，其特征在于，具备：
将具备纤芯部和包围该纤芯部的外周的第1包层部的多个纤芯母材分别收容在沿着长边方向在表面设有多个槽的柱状的第2包层部的各槽中的步骤；和
将所述第2包层部和所述多个纤芯母材一起插入圆筒形状的第3包层部的步骤，
所述第3包层部的软化点比所述纤芯母材以及所述第2包层部的软化点低。
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