JP2004345947A - スピンを利用した光ファイバ製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被覆ねじれなしで、ＰＭＤを除去するためのスピンを光ファイバに与えられる光ファイバ製造法と装置を提供する。
【解決手段】スピンを利用した光ファイバ製造方法において、光ファイバ母材１２０の端を溶融して光ファイバ１３０を線引きする段階と、光ファイバをコーター１４０でコーティングする段階と、第１ホイール１６０で光ファイバに第１方向のスピンを与える段階と、第２ホイール１７０で光ファイバに第１方向と相反する第２方向のスピンを与えることによって光ファイバの被覆のねじれ状態を解除する段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバに関し、特に、光ファイバ製造装置及び方法に関する。

偏光モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）は、光ファイバの物理的性質と光ファイバを通過する光の偏光状態との間の相互作用によって発生する。コア（core）の非円率及び屈折率非対称、線引き工程中のストレス（stress）非対称などによって発生する複屈折によって、２つの偏光軸に沿って進行する偏光成分の速度（group velocity）が異なり、その結果、到着時間の差（differential group delay：ＤＧＤ）によるパルス（pulse）広がりが発生する。

このＰＭＤ現象を制御するためには、様々な方法がある。一般的に、光ファイバにスピン（spin）を与えて、モードカップリング（mode−coupling）を通じてＤＧＤを低減することが効果的であると知られている。光ファイバ内で偏光モードが位置する主軸（principle axes）は、一定の方向性なしで無作為的に位置する。従って、光パルス（pulse）が進行する場合、エネルギー交換によるカップリング（coupling）が発生し、このようなモードカップリングの結果として、光ファイバ内に存在する２つのモードの速度差が減少されるようになり、光が通過する光ファイバの長さが長くなるほどＰＭＤが低減する。しかしながら、主軸が無作為的に位置するので、ＰＭＤの統計的な傾向性のみを確認することができ、それぞれのＰＭＤ測定結果は、入射偏光及び測定条件によって大きい偏差を有する。

例えば、光ファイバを線引き工程中に人為的にねじると、偏光モードが位置する主軸が移動し、一定の周期で光ファイバをねじって無作為に配置されている主軸に方向性を与える。つまり、いずれか１つの主軸上の低速モード（slow mode）と他の主軸上の高速モード（fast mode）が交互的に一定周期で配列される。このようなねじれた光ファイバにおいて局部的には偏光による分散が起こるが、一定長さ以上ではＰＭＤが減少する。

ダニー エル．ヘンダーソン（Danny L. Henderson）などによって発明された特許文献１（FREQUENCY AND AMPLITUDE MODULATED FIBER SPINS FOR PMD REDUCTION）には、振幅及び周期がサインファンクションなどによってモジュレーションされるスピンファンクションに対して開示されている。

米国特許第５，９４３，４６６号

このような従来のスピンを利用した光ファイバ製造方法によると、光ファイバはコーター（coater）を通過した後、スピンが与えられる。このスピンは、溶融炉（furnace）の内部に装着された光ファイバ母材の端に伝達される。スピン装置は、光ファイバを引っ張る装置（通常、キャプスタン（capstan）と称する）と前記コーターとの間に配置される。光ファイバ母材の端は、溶融炉によって溶融状態になり、光ファイバ母材から線引きされて冷却された光ファイバはねじれ状態が維持され、以後、コーティングされた光ファイバの被覆もねじれ状態が維持される（以下、被覆ねじれと称する）。

このような方式は、スピンを与える時に発生する剪断応力（shear stress）によって光ファイバが断線することを防止することができるが、キャプスタン以後の光ファイバ部分もスピンに影響を受けるという問題点がある。つまり、キャプスタンを通過した光ファイバは、被覆ねじれを維持したまま光ファイバスプールに巻かれる。このような光ファイバをルーズチューブ（loose tube）などにケーブリング（cabling）する時にこのような被覆ねじれが光ファイバの局部ストレス分布に意図しない影響を与えるようになるという問題点がある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために提案され、本発明の目的は、ＰＭＤを除去するために被覆ねじれなしで光ファイバにスピンを与えることによって光ファイバを製造する方法及び装置を提供することにある。

このような問題点を解決するために、本発明によるスピンを利用した光ファイバ製造方法は、光ファイバ母材の端を溶融して光ファイバを線引きする段階と、線引きされた光ファイバをコーティングする段階と、この光ファイバに第１方向のスピンを与える段階と、該第１方向のスピンを与えた光ファイバに第１方向と異なる第２方向のスピンを与えることによって当該光ファイバの被覆のねじれ状態を解除する段階と、を含むことを特徴とする。

また、本発明のスピンを利用した光ファイバ製造方法は、光ファイバ母材の端を溶融する段階と、溶融された光ファイバ母材の端から光ファイバを線引きする段階と、線引きされた光ファイバをコーティングする段階と、第１及び第２ホイールの外周面上に光ファイバを転がす段階と、を含み、その第１及び第２ホイールは異なる方向に揺動することを特徴とする。あるいは、光ファイバ母材の端を溶融する段階と、溶融された光ファイバ母材の端から光ファイバを線引きする段階と、線引きされた光ファイバをコーティングする段階と、第１及び第２ホイールの外周面上に光ファイバを転がす段階と、を含み、その第１及び第２ホイールは異なる方向に傾いていることを特徴とする。

さらに、本発明によるスピンを利用した光ファイバ製造装置は、光ファイバ母材の端を溶融する溶融炉と、この光ファイバ母材から線引きされた光ファイバと接して第１軸の周囲に回転する外周面を有し、光ファイバに第１方向のスピンを与える第１ホイールと、該第１ホイールを経た後の光ファイバと接して第２軸の周囲に回転する外周面を有し、光ファイバに第１方向と異なる第２方向のスピンを与える第２ホイールと、を備えることを特徴とする。

この製造装置は、溶融炉と第１ホイールとの間に配置され、溶融炉から線引きされる光ファイバにコーティング液を塗布するコーター、第１ホイールと第２ホイールとの間に配置され、光ファイバを引っ張るキャプスタン、光ファイバの線引き経路上に設置され、光ファイバの線引き経路を変更する多数の滑車を備えることができる。

第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から第１方向の所定の角度範囲内で揺動し、第２ホイールは、光ファイバの線引き軸から第２方向の所定の角度範囲内で揺動するものとすることができる。あるいは、第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から左右に所定の角度範囲内で揺動し、第２ホイールは、光ファイバの線引き軸から左右に所定の角度範囲内で第１ホイールと相反する向きに揺動するものとすることができる。あるいはまた、第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から第１方向に所定の角度傾き、第２ホイールは、光ファイバの線引き軸から第１方向とは異なる第２方向に所定の角度傾くものとしてもよい。

この他に、上記製造装置は、第１ホイールと第２ホイールとの間の光ファイバの線引き経路上に設置された少なくとも１つの滑車を備え、第２ホイールの後に位置するキャプスタンを備える構造とすることもできる。。

本発明によるスピンを利用した光ファイバ製造方法及び装置は、異なる方向に揺動するか傾いている第１及び第２ホイールを利用することによって、被覆ねじれなしでＰＭＤを除去することができるという利点がある。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。

図１は、本発明の好適な実施形態によるスピンを利用した光ファイバ製造装置の構成を示す図である。製造装置１００は、溶融炉１１０、コーター１４０、キャプスタン１５０、第１及び第２ホイール（wheel）１６０、１７０及び多数の滑車１８１〜１８４を備えている。

溶融炉１１０は、シリンダー（cylinder）形態を有することができ、内部に挿入された光ファイバ母材（optical fiber perform）１２０の端を加熱して溶融させる。光ファイバ母材１２０は、自分から線引きされる光ファイバ１３０と同一の構成を有するが、直径が光ファイバ１３０より大きい。溶融炉１１０の内部が熱によって酸化することを防止するために、溶融炉１１０の内部に不活性気体を流すことができる。

コーター１４０は、溶融炉１１０から線引きされる光ファイバ１３０に紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などのコーティング液を塗布することによって、光ファイバ１３０をコーティングする。コーティング液として紫外線硬化樹脂を使用する場合、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化する紫外線硬化器をコーター１４０の下段に追加的に備える。

キャプスタン１５０は、光ファイバ１３０を所定の力で引っ張って、光ファイバ母材１２０から光ファイバ１３０が一定直径を有して連続的に線引きされるようにする。

第１ホイール１６０は、コーター１４０とキャプスタン１５０との間に配置され、回転軸である第１軸と、光ファイバ１３０と接し、第１軸周囲に回転する外周面とを有する。第１軸は、光ファイバ線引き軸と直角をなす位置を基準にして、所定の角度範囲内で揺動するか、所定の角度で傾いていることによって、光ファイバ１３０が第１ホイール１６０の外周面に沿って転がるようにする。つまり、第１ホイール１６０は、光ファイバ１３０にスピンを与え、このスピンは、光ファイバ母材１２０の端に伝達される。

第２ホイール１７０は、光ファイバの線引き経路に従ってキャプスタン１５０の後に配置され、回転軸である第２軸と、光ファイバ１３０と接し、第２軸の周囲に回転する外周面とを有する。第２軸は、光ファイバ線引き軸と直角をなす位置を基準にして、所定の角度範囲内で揺動するか、所定の角度で傾いていることによって、光ファイバ１３０が第２ホイール１７０の外周面に沿って転がるようにする。第１及び第２ホイール１６０、１７０は、異なる方向（相反する方向）に揺動するか、異なる方向（相反する方向）に傾いている。第２ホイール１７０は、光ファイバ１３０にスピンを与えることによって、第１ホイール１６０による光ファイバ１３０の被覆ねじれ状態を解除する。つまり、第１ホイール１６０による光ファイバ１３０の被覆のねじれ状態は、キャプスタン１５０以前の光ファイバの線引き経路だけでなく、以後の光ファイバの線引き経路においても維持されるが、第２ホイール１７０は、キャプスタン１５０以後の光ファイバの線引き経路に配置され、光ファイバ１３０に他方向（逆方向）のスピンを与えることによって、第１ホイール１６０による光ファイバ１３０の被覆ねじれ状態を解除する。

多数の滑車１８１〜１８４は、光ファイバの線引き経路上に設置されることによって経路変更を助ける機能をもつ。

本実施形態において、第１ホイール１６０と第２ホイール１７０との間に位置するキャプスタン１５０は、第２ホイール１７０が第１ホイール１６０の反対側に位置して光ファイバ１３０の被覆ねじれ状態を解除するように光ファイバ１３０を固定する役割をする。キャプスタン１５０のように第１ホイール１６０と第２ホイール１７０との間で光ファイバ１３０を固定する機能をする装置がない場合は、光ファイバ１３０にねじれを与えることが不可能である。キャプスタン１５０以外に第１ホイール１６０と第２ホイール１７０との間に光ファイバ１３０を固定する装置が位置する場合、キャプスタン１５０は、第２ホイール以後の光ファイバの線引き経路に配置することもできる。例えば、線引き工程上の安定性の点では望ましくないが、第１ホイール１６０と第２ホイール１７０との間に光ファイバ１３０を固定する追加の滑車を設置することもできる。この場合、第２ホイール１７０は、前記追加滑車とキャプスタン１５０との間に配置され、光ファイバ１３０にスピンを与えることによって、光ファイバ１３０の被覆ねじれ状態を解除する。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第１実施例を示す。図２Ａを参照すると、第１ホイール１６０は、回転軸である第１軸１６５が光ファイバ線引き軸１３５から時計方向の角度範囲θ１内で揺動する。図２Ｂを参照すると、第２ホイール１７０は、回転軸である第２軸１７５が光ファイバ線引き軸１３５から反時計方向の角度範囲θ２で揺動する。望ましくは、θ１の範囲は１〜６度であり、θ２の範囲は、１〜６度である。第１及び第２ホイール１６０、１７０は、異なる方向に揺動する条件下で、それぞれ一方向に揺動することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第２実施例を示す図である。図３Ａを参照すると、第１ホイール１６０は、回転軸である第１軸１６５が光ファイバ線引き軸１３５から左右にそれぞれ角度範囲θ３内で揺動する。図３Ｂを参照すると、第２ホイール１７０は、回転軸である第２軸１７５が光ファイバ線引き軸１３５から左右にそれぞれ角度範囲θ４内で揺動する。望ましくは、θ３の範囲は１〜６度であり、θ４の範囲は１〜６度である。第１及び第２ホイール１６０、１７０は、反対方向に揺動する。

図４Ａ及び図４Ｂは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第３実施例を示す図である。図４Ａを参照すると、第１ホイール１６０は、回転軸である第１軸１６５が光ファイバ線引き軸１３５から時計方向にθ５だけ傾いている。図４Ｂを参照すると、第２ホイール１７０は、回転軸である第２軸１７５が光ファイバ線引き軸１３５から反時計方向にθ６だけ傾いている。望ましくは、θ５の範囲は１〜６度であり、θ６の範囲は１〜６度である。第１及び第２ホイール１６０、１７０は、反対方向に傾いている。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前述の実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである

本発明の好適な実施形態によるスピンを利用した光ファイバ製造装置の構成を示す図。 Ａ及びＢは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第１実施例を示す図。 Ａ及びＢは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第２実施例を示す図。 Ａ及びＢは、図１に示す第１及び第２ホイールの動作の第３実施例を示す図。

符号の説明

１５０ キャプスタン
１６０ 第１ホイール
１７０ 第２ホイール

Claims (12)

1. スピンを利用した光ファイバ製造方法において、
   光ファイバ母材の端を溶融して光ファイバを線引きする段階と、
   前記光ファイバをコーティングする段階と、
   前記光ファイバに第１方向のスピンを与える段階と、
   前記光ファイバに前記第１方向と異なる第２方向のスピンを与えることによって前記光ファイバの被覆のねじれ状態を解除する段階と、
   を含むことを特徴とする光ファイバ製造方法。
2. スピンを利用した光ファイバ製造装置において、
   光ファイバ母材の端を溶融する溶融炉と、
   前記光ファイバ母材から線引きされた光ファイバと接して第１軸の周囲に回転する外周面を有し、前記光ファイバに第１方向のスピンを与える第１ホイールと、
   前記第１ホイールを経た後の前記光ファイバと接して第２軸の周囲に回転する外周面を有し、前記光ファイバに前記第１方向と異なる第２方向のスピンを与える第２ホイールと、
   を備えることを特徴とする光ファイバ製造装置。
3. 溶融炉と第１ホイールとの間に配置され、前記溶融炉から線引きされる光ファイバにコーティング液を塗布するコーターを備える請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
4. 第１ホイールと第２ホイールとの間に配置され、光ファイバを引っ張るキャプスタンを備える請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
5. 光ファイバの線引き経路上に設置され、前記光ファイバの線引き経路を変更する多数の滑車を備える請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
6. 第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から第１方向の所定の角度範囲内で揺動し、第２ホイールは、前記光ファイバの線引き軸から第２方向の所定の角度範囲内で揺動する請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
7. 第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から左右に所定の角度範囲内で揺動し、第２ホイールは、前記光ファイバの線引き軸から左右に所定の角度範囲内で前記第１ホイールと相反する向きに揺動する請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
8. 第１ホイールは、光ファイバの線引き軸から第１方向に所定の角度傾き、第２ホイールは、前記光ファイバの線引き軸から前記第１方向とは異なる第２方向に所定の角度傾く請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
9. 第１ホイールと第２ホイールとの間の光ファイバの線引き経路上に設置された少なくとも１つの滑車を備える請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
10. 第２ホイールの後に位置するキャプスタンを備える請求項９に記載の光ファイバ製造装置。
11. スピンを利用した光ファイバ製造方法において、
    光ファイバ母材の端を溶融する段階と、
    前記溶融された光ファイバ母材の端から光ファイバを線引きする段階と、
    前記光ファイバをコーティングする段階と、
    第１及び第２ホイールの外周面上に前記光ファイバを転がす段階と、を含み、
    前記第１及び第２ホイールは異なる方向に揺動することを特徴とする光ファイバ製造方法。
12. スピンを利用した光ファイバ製造方法において、
    光ファイバ母材の端を溶融する段階と、
    前記溶融された光ファイバ母材の端から光ファイバを線引きする段階と、
    前記光ファイバをコーティングする段階と、
    第１及び第２ホイールの外周面上に前記光ファイバを転がす段階と、を含み、
    前記第１及び第２ホイールは異なる方向に傾いていることを特徴とする光ファイバ製造方法。

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