JP2011084414A - 光ファイバ製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】捻り付与部と捻り抑制ローラの間のパスラインに複数個の捻り非抑制ローラを配して複数回の折り返すようにしても、捻り量が低減することのない光ファイバ製造装置と製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】捻りが付与された光ファイバを製造するに際して、光ファイバ１に対して捻りを付与する捻り付与部２と、捻り付与部の上流側に設けられ光ファイバが捻り回動するのを抑制する捻り抑制ローラ４と、の間に２以上の捻り非抑制ローラ（５ａ〜５ｃ）を配し、２以上の捻り非抑制ローラの装置正面から見た回転方向が全て同じ方向となるように光ファイバのパスラインを折り返して、光ファイバ１に捻りを付与する。また、捻り付与部２と捻り抑制ローラ４との間のフリーパス長は、５００ｍｍ以上とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信の伝送路として使用される光ファイバの製造装置および製造方法に関する。

光ファイバの製造において、コア部分およびクラッド部分を完全な真円形で、かつ同心状で形成することは難しく、わずかに楕円または歪んだ円形状となる。このため、光ファイバの断面構造における屈折率分布は均等ではない。この結果、光ファイバ断面内の直交する２偏波間の群速度に差異が生じ、偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization-Mode Dispersion）が大きくなるという問題がある。このＰＭＤを低減する方法として、光ファイバに交互方向の捻りを付与することが知られている。

光ファイバに捻りを付与する方法としては、揺動ガイドローラを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、図７に示すように、揺動ガイドローラ２は、その回転軸ｙが光ファイバ方向軸ｚを中心にして＋θだけ回動すると、この回動により光ファイバ１に横方向の力が加わり、揺動ガイドローラ２の表面を光ファイバ１が転動する。この転動により光ファイバ１に捻りが付与される。続いて、揺動ガイドローラ２を反対方向の−θだけ回動すると、今度は、揺動ガイドローラ２の表面を光ファイバ１が反対の方向に転動する。

このように、揺動ガイドローラ２に＋θから−θまでの回動を繰り返し与えることにより、光ファイバ１の移動方向に対して時計回りと反時計回りの捻りを交番的に付与することができる。また、揺動ガイドローラ２の下流側には、Ｖ溝型の固定ガイドローラ（捻り抑制ローラ）３を配して光ファイバ１の転動を抑止し、揺動ガイドローラ２での光ファイバの転動をスムーズにして、高効率で捻りを付与している。

特開８−２９５５２８号公報

光ファイバへの捻り付与は、光ファイバの線引き時にガラスファイバ溶融部に対して行なうことができるが、線引き後の巻取り工程、着色工程、巻き替え工程等で行なうこともできる。後者の場合、図７で説明したのと同様な捻り付与部（揺動ガイドローラ）２の下流に捻り抑制ローラ（固定ガイドローラ）３を配する他に、図５（Ａ）に示すように、捻り付与部２の上流側に捻り抑制ローラ４を配し、捻り付与部２と捻り抑制ローラ４の間に形成されるパスラインで捻りが付与される。このパスラインにおける距離をフリーパス長Ｌとすると、光ファイバに付与できる単位長さ当たりの捻り回数を示す捻り量（回／ｍ）との関係は、図５（Ｃ）に示すように、フリーパス長Ｌが長いほど光ファイバに多くの捻りを入れることができる。

図６は光ファイバの捻り量Ｒ（回／ｍ）とＰＭＤ低減率の関係を示す図である。ＰＭＤ低減率を、「１−（捻り付与後のＰＭＤ／捻り付与前のＰＭＤ）」とすると、図のように捻り量とＰＭＤ低減率とは、ほぼ比例関係にあり、捻り量が増えれば、それに比例してＰＭＤ低減率が大きくなる。すなわち、捻り量が増えればＰＭＤは、それに比例して小さくなる。１０〜４０Ｇｂｉｔ伝送では、ＰＭＤは、０.０６ｐｓ／√ｋｍ以下、好ましくは０.０２ｐｓ／√ｋｍとすることが望ましく、現状の一般的な汎用ファイバの実力０.０１〜０.２ｐｓ／√ｋｍ（平均値０.１ｐｓ／√ｋｍ）を鑑みると、ＰＭＤ低減率０.４、好ましくは０.８が目標となってくる。この目標とするＰＭＤ低減率を達成するには、捻り量Ｒ（回／ｍ）は「２」以上、好ましくは「４」以上を確保する必要がある。このためには、図５（Ｃ）より、フリーパス長が５００ｍｍ以上必要となる。

しかし、光ファイバ巻取り設備としての設置スペース等の関係もあり、フリーパス長Ｌを無制限に長くとることはできない。そこで、狭いスペース内でフリーパス長Ｌを大きくする方法として、図５（Ｂ）に示すように、捻り付与部２と捻り抑制ローラ４の間のパスラインに捻り非抑制ローラ５を配して折り返す方法が考えられる。この場合の捻り非抑制ローラ５は、捻り抑制ローラ４と異なり、光ファイバがローラ表面を自由に転動できローラ幅が比較的広いものが用いられる。この図５（Ｂ）のパスラインを折り返す形態を用いることにより、フリーパス長Ｌは「Ｌ１＋Ｌ２」とすることができ、狭い設置スペースでフリーパス長Ｌを延長することが可能となる。

しかしながら、フリーパス長Ｌを延長して捻り量を増加させようとする場合、折り返しを２回以上（捻り非抑制ローラ５を２個以上使用）行なうと、捻り非抑制ローラ５の配置あるいは光ファイバの掛け渡し状態によっては、フリーパス長を延長した効果がでないことが判明した。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、捻り付与部と捻り抑制ローラの間のパスラインに複数個の捻り非抑制ローラを配して複数回の折り返すようにしても、フリーパス長を延長した効果により必要な捻り量を得ることが可能な光ファイバ製造装置と製造方法の提供を目的とする。

本発明による光ファイバの製造装置および製造方法は、捻りが付与された光ファイバを製造するに際して、光ファイバに対して捻りを付与する捻り付与部と、捻り付与部の上流側に設けられ光ファイバが捻り回動するのを抑制する捻り抑制ローラと、の間に２以上の捻り非抑制ローラを配し、２以上の捻り非抑制ローラの装置正面から見た回転方向が全て同じ方向となるように光ファイバのパスラインを折り返して、光ファイバに捻りを付与するようにしたものである。
また、前記の捻り付与部と捻り抑制ローラとの間のフリーパス長は、５００ｍｍ以上とすることができる。

本発明によれば、パスラインの複数回の折り返しによりフリーパス長を延長し、フリーパス長を延長した効果を減ずることなく光ファイバへの捻り量を増加させることができる。この結果、設置スペースが限られた巻取り設備であっても、所望のフリーパス長とこれに応じた捻り量を得て、光ファイバのＰＭＤを低減させることが可能となる。

本発明による光ファイバ製造の概略を説明する図である。 本発明における光ファイバに捻りを付与するフリーパス長の種々の形態を説明する図である。 本発明による光ファイバ製造の比較例を説明する図である。 比較例における問題点を説明する図である。 フリーパス長と捻り量との関係を説明する図である。 光ファイバの捻り量とＰＭＤ低減率の関係を示す図である。 光ファイバに捻りを付与する一例を説明する図である。

図１により、本発明の光ファイバに捻りを付与する一例を説明する。図において、１は光ファイバ、２は捻り付与部（捻り付与ローラ）、３，４は捻り抑制ローラ、５ａ〜５ｃは捻り非抑制ローラ、６はキャプスタン、７ａ，７ｂはダンサーローラ、８ａ〜８ｄは案内ローラ、９は巻取りボビンを示す。

光ファイバに捻りを付与する場合、光ファイバに所定の張力が掛けられている状態で行なうのが好ましい。このため、光ファイバの線引き、着色、スクリーニング、巻き替え等の巻取りで、光ファイバのパスライン中の張力がかけやすい部分で捻りが付与される。例えば、図１（Ａ）に示すように、上流側から繰り出された光ファイバ１は、ダンサーローラ７ａで線張力が調整されて案内ローラ８ａを経た後の、キャプスタン６で引取られる前段で捻りが付与される。しかし、キャプスタン６の後段であっても、巻取りボビン９で巻取る前に所定の張力が得られる部分があるか、または、別に張力付与部を設置することにより、パスライン中の任意の位置で光ファイバに捻りを付与することができる。

光ファイバへの捻り付与は、図５で説明したように捻り付与ローラ（捻り付与部）２の下流に捻り抑制ローラ３を配するとともに、上流側に捻り抑制ローラ３と同様な捻り抑制ローラ４を配し、該捻り抑制ローラ４と捻り付与ローラ２との間に、捻り非抑制ローラを複数（例えば、５ａ〜５ｃ）を配して行われる。捻りが付与された光ファイバ１は、この後、捻り抑制ローラ３を経て、例えば、キャプスタン６で引取られ、案内ローラ８ｂ，８ｃからダンサーローラ７ｂで線張力が調整されて、案内ローラ８ｄを経て巻取りボビン９で巻取られる。

本発明における光ファイバへの捻り付与は、捻り付与部となる捻り付与ローラ２と、光ファイバの転動を抑制する捻り抑制ローラ４との間に、複数の捻り非抑制ローラ５ａ〜５ｃを配して、図５で説明した光ファイバに捻りを付与するフリーパス長を、大きくとれるようにしている。この場合、捻り非抑制ローラ５ａ〜５ｃは、光ファイバ１の走行により生じる装置正面から見た回転が、全て同方向になるように光ファイバのパスラインが設定される。なお、捻り非抑制ローラは、パスラインの位置をずらす、などのために、多少傾いて設置してもよい。

図１（Ｂ）は、上記の光ファイバに捻りを付与する部分のパスラインを部分的に拡大した図で、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４との間に、２個の捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂを配した例である。なお、捻り付与ローラ２および捻り抑制ローラ４には、例えば、図７で説明したのと同様な揺動ガイドローラおよびＶ溝型の固定ガイドローラを用いることができる。捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂには、例えば、ローラ幅が比較的に広い（例えば、５０ｍｍ程度）ものを用いる。

そして、捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂは、光ファイバ１の走行により光ファイバとの接触摩擦により回動して光ファイバ１の走行を阻害することなく送り出すが、２個の捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂは、その装置正面から見た回動方向が同じになるように光ファイバ１が掛け渡される。なお、捻り付与ローラ２および捻り抑制ローラ４の回動方向は、捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂと同じ回動方向としてもよく、反対の回動方向としてもよい。

上記の構成において、捻り付与ローラ２により光ファイバ１に付与された捻りは、上流側に伝達される。この場合、捻り付与ローラ２の直近前段に位置する捻り非抑制ローラ５ａ上での光ファイバ１は、幅広のローラ表面をスムーズに転動し、光ファイバ１に付与された捻りを抑制しない。そして、この捻り非抑制ローラ５ａの前段にある捻り非抑制ローラ５ｂに対しても同様で、光ファイバ１に付与された捻りを抑制することなく、捻り抑制ローラ４で捻りが抑制されるまで捻り付与ローラ２の捻りが伝達され、所定の捻り量が付与される。

図１（Ｂ）では、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４との間に２個の捻り非抑制ローラを配した例で説明したが、３個以上の捻り非抑制ローラ（５ａ，５ｂ，・・・）を用いた場合でも、同様にフリーパス長を延長することができる。
図２は、２個以上の捻り非抑制ローラ（５ａ，５ｂ，・・・）を用いる種々の形態を示し、図２（Ａ）は図１（Ｂ）で説明したのと同様な２個の例、図２（Ｂ）は３個の例、図２（Ｃ）は４個の例である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）のように、複数個の捻り非抑制ローラ（５ａ，５ｂ，・・・）の外側を光ファイバ１がループ状に回り込むことにより、複数個の捻り非抑制ローラ（５ａ，５ｂ，・・・）は、同一方向の回動となる。しかし、一回りで１回の折り返しとなるので、捻り非抑制ローラの使用個数に対して、あまりフリーパス長を延長することはできない。図２（Ｃ）の例は、中間の捻り非抑制ローラ５ｃに対して、光ファイバ１がクロスするような形で掛け渡すことにより、捻り非抑制ローラ５ｃを同方向に回動させて、光ファイバ１を折り返すことができる。したがって、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の形態を適宜組合わせることにより、限られたスペース内であっても、所望のフリーパス長を確保することが可能となる。

上記のようにパスラインを構成することで、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４を直線で結ぶフリーパス長の１／２未満の距離（スペース）内で、同等のフリーパス長を得ることができる。しかも、後述するように、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４を折り返すことなく直線状の結ぶフリーパス長に捻りを入れたのと同程度の捻り量を入れることができる。

図３（Ａ）は、本発明の参考例で１個の捻り非抑制ローラを用いた折り返し１回の例を示し、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、本発明の比較例で、２個または３個の捻り非抑制ローラを用いた折り返し２回以上で捻り非抑制ローラの回動方向が異なる例を示す。

図３（Ａ）は、図５で説明したように、１個の捻り非抑制ローラ５ａで１回の折り返しで、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４を直線状に配した場合のフリーパス長の２倍程度にすることはできる。すなわち、フリーパス長を同じとする場合は、フリーパス長を確保する距離（スペース）を１／２にすることができる。しかし、１回の折り返しでは、所定のフリーパス長を確保することができない場合がある。この場合、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、２個以上の捻り非抑制ローラを用い複数回の折り返しで、限られたスペース内であっても、任意のフリーパス長を確保することが可能となる。

しかし、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）のように、複数個の捻り非抑制ローラ（５ａ〜５ｃ）を用いて、複数回の折り返しを行なうに際して、複数個の捻り非抑制ローラの回動方向が異なっている場合は、フリーパス長は確保できても所定の捻り量を得ることができなかった。これを検証するため、図３において、捻り付与ローラ２と捻り抑制ローラ４間のフリーパス全長を２ｍとし、光ファイバ１に１５０ｇの張力を付与して、図３の各例での捻り量（回／ｍ）を測定した。

この結果、図３（Ａ）の１個の捻り非抑制ローラ５ａを用いた場合の捻り量は、４.２３（回／ｍ）、図３（Ｂ）の２個の捻り非抑制ローラ（５ａ，５ｂ）を用い２回折り返した場合の捻り量は、２.６８（回／ｍ）、図３（Ｃ）の３個の捻り非抑制ローラ（５ａ〜５ｃ）を用い３回折り返した場合の捻り量は、２.２３（回／ｍ）であった。
すなわち、複数個の捻り非抑制ローラ（５ａ〜５ｃ）を用いる場合、捻り非抑制ローラの回動方向がそれぞれで異なっていると、フリーパス長は確保できても所定の捻り量を得ることができない。この理由は、以下の捻り非抑制ローラの回動方向と光ファイバ１の転動のメカニズムから推定することができる。

図４（Ａ）に示すように、例えば、光ファイバ１が図の左方向から右方向に走行し、該光ファイバの走行に対して、捻り非抑制ローラ５ａが装置正面から見て反時計方向に回動し、捻り非抑制ローラ５ｂが時計方向に回動することとなる。そして、光ファイバ１には、走行方向に向かって軸の回りを時計方向ｃで捻りが加えられているとする。光ファイバ１は、捻り非抑制ローラ５ａ，５ｂのローラ表面をスムーズに転動するが、捻り非抑制ローラ５ａ上では光ファイバは矢印ａの方向に転動する。これに対し、捻り非抑制ローラ５ｂ上では光ファイバは矢印ｂの方向に転動する。すなわち、光ファイバ１は、捻り非抑制ローラ５ａと５ｂの表面を互いに反対方向に転動して、互いの転動を阻害し合う動作となり、捻り付与ローラ２で付与される捻りが抑制され捻り量が低下する。

これに対し、本発明においては、図４（Ｂ）に示すように光ファイバ１の走行に対して、捻り非抑制ローラ５ａと５ｂは同方向（図では装置正面から見て時計方向）に回動されることとなる。そして、光ファイバ１には、走行方向に向かって軸の回りを時計方向ｃで捻りが加えられているとすると、光ファイバ１は捻り非抑制ローラ５ａと５ｂの何れも、ローラ表面を矢印ｂの方向にスムーズに転動する。このため、上記の図４（Ａ）で生じたような光ファイバの捻りを抑制するような転動動作が生じず、フリーパス長に応じた捻り量（回／ｍ）を付与することが可能となる。

１…光ファイバ、２…捻り付与部（捻り付与ローラ）、３，４…捻り抑制ローラ、５，５ａ〜５ｃ…捻り非抑制ローラ、６…キャプスタン、７ａ，７ｂ…ダンサーローラ、８ａ〜８ｄ…案内ローラ、９…巻取りボビン。

Claims (4)

1. 捻りが付与された光ファイバを製造する装置であって、光ファイバに対して捻りを付与する捻り付与部と、前記捻り付与部の上流側に設けられ光ファイバが捻り回動するのを抑制する捻り抑制ローラと、前記捻り付与部と前記捻り抑制ローラとの間に２以上の捻り非抑制ローラを備え、前記２以上の捻り非抑制ローラの装置正面から見た回転方向が全て同じ方向となるように光ファイバのパスラインが折り返されていることを特徴とする光ファイバ製造装置。
2. 前記捻り付与部と前記捻り抑制ローラとの間のフリーパス長が５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造装置。
3. 捻りが付与された光ファイバを製造する方法であって、光ファイバに対して捻りを付与する捻り付与部と、前記捻り付与部の上流側に設けられ光ファイバが捻り回動するのを抑制する捻り抑制ローラと、の間に２以上の捻り非抑制ローラを配し、前記２以上の捻り非抑制ローラの装置正面から見た回転方向が全て同じ方向となるように光ファイバのパスラインを折り返して、光ファイバに捻りを付与することを特徴とする光ファイバ製造方法。
4. 前記捻り付与部と前記捻り抑制ローラとの間のフリーパス長が５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ製造方法。

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