JP2012171829A - Method and apparatus for producing optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバの製造方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to an optical fiber manufacturing method and apparatus.
従来より、線引き中の光ファイバにアニール処理を行うことで、光ファイバの損失要因であるレーリー散乱損失を低減し、低損失の光ファイバを製造する方法が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method of manufacturing a low-loss optical fiber by reducing the Rayleigh scattering loss, which is a loss factor of the optical fiber, by performing an annealing process on the optical fiber being drawn (for example, Patent Document 1) is known. , 2).
この方法では、図2に示すような光ファイバの製造装置21を用い、線引炉3にて光ファイバ母材2を加熱、溶融して線引すると共に、線引きした光ファイバ4をアニール炉(加熱炉)5に導入してアニール処理し、その後、アニール処理した光ファイバ4をコーティング器6に通すようになっている。
In this method, an optical fiber manufacturing apparatus 21 as shown in FIG. 2 is used, and the
しかし、上述の従来方法では、光ファイバの伝送損失が十分に低減されず、さらには光ファイバの強度(機械的な強度)が劣化してしまうという問題があった。これは、線引炉3内、アニール炉5内、あるいは線引炉3とアニール炉5の間の空間で、光ファイバ4に水蒸気やSi粉などの不純物が付着し、この不純物が核となってアニール処理時に結晶化が進んでしまったり、光ファイバ表面の微細な傷(マイクロクラックという)を拡大させてしまったりすることが原因だと考えられる。
However, the above-described conventional method has a problem that the transmission loss of the optical fiber is not sufficiently reduced, and further, the strength (mechanical strength) of the optical fiber is deteriorated. This is because impurities such as water vapor and Si powder adhere to the
この問題を解決すべく、特許文献2では、線引直後の光ファイバを真空容器内に導き、真空容器内で熱処理(アニール処理)することにより、光ファイバへの不純物の付着を抑制し、光ファイバの強度低下を抑制する方法が提案されている。
In order to solve this problem, in
しかしながら、特許文献2の方法では、光ファイバ表面のマイクロクラックを修復することはできず、また、真空容器内で付着する不純物を避けることができない。よって、真空容器内で付着した不純物が核となって結晶化が進んでしまったり、光ファイバ表面のマイクロクラックを拡大させてしまったりして、十分に低損失で、かつ高強度な光ファイバを製造することができないという問題があった。
However, in the method of
また、特許文献2の方法では、例えば長さ17mといった巨大な真空容器が必要であり、装置が非常に大掛かりとなってしまう問題もあった。
In addition, the method of
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低損失かつ高強度な光ファイバを製造可能な光ファイバの製造方法及び装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber manufacturing method and apparatus capable of solving the above-described problems and manufacturing a low-loss and high-strength optical fiber.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、光ファイバ母材を加熱、溶融して線引し、その線引きした光ファイバをアニール炉に導入してアニール処理を行う光ファイバの製造方法において、前記アニール処理後の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理後の光ファイバに火炎研磨処理を行うようにした光ファイバの製造方法である。 The present invention was devised in order to achieve the above-mentioned object. An optical fiber preform is manufactured by drawing an optical fiber preform by heating, melting and introducing the drawn optical fiber into an annealing furnace. In the manufacturing method, the surface of the optical fiber after the annealing treatment is continuously heated in the longitudinal direction, and the optical fiber after the annealing treatment is subjected to a flame polishing treatment.
前記アニール処理後の光ファイバの表面の温度が2000℃以上となるように、前記火炎研磨処理を行ってもよい。 The flame polishing treatment may be performed so that the surface temperature of the optical fiber after the annealing treatment is 2000 ° C. or higher.
前記光ファイバ母材の表面に、不純物が添加され軟化温度が低く制御された低温軟化層を形成しておき、前記アニール処理後の光ファイバの表面の温度が前記低温軟化層の軟化温度以上となるように、前記火炎研磨処理を行ってもよい。 On the surface of the optical fiber preform, a low-temperature softened layer in which impurities are added and the softening temperature is controlled low is formed, and the temperature of the surface of the optical fiber after the annealing treatment is equal to or higher than the softening temperature of the low-temperature softening layer. As described above, the flame polishing treatment may be performed.
前記アニール処理後の光ファイバに不活性ガスをパージしつつ、前記火炎研磨処理を行ってもよい。 The flame polishing treatment may be performed while purging an inert gas into the annealed optical fiber.
前記アニール炉に導入する直前の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理前の光ファイバにも火炎研磨処理を行うようにしてもよい。 The surface of the optical fiber immediately before being introduced into the annealing furnace may be continuously heated in the longitudinal direction so that the optical fiber before the annealing treatment is subjected to flame polishing treatment.
また、本発明は、光ファイバ母材を加熱、溶融して線引する線引炉と、該線引炉で線引きした光ファイバにアニール処理を行うアニール炉と、を備えた光ファイバの製造装置において、前記アニール処理後の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理後の光ファイバに火炎研磨処理を行う第1ファイバ表面加熱装置を備えた光ファイバの製造装置である。 In addition, the present invention provides an optical fiber manufacturing apparatus comprising: a drawing furnace that heats, melts, and draws an optical fiber preform; and an annealing furnace that anneals the optical fiber drawn by the drawing furnace The optical fiber manufacturing apparatus includes a first fiber surface heating device that continuously heats the surface of the optical fiber after the annealing process in a longitudinal direction and performs a flame polishing process on the optical fiber after the annealing process. is there.
前記アニール炉に導入する直前の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理前の光ファイバに火炎研磨処理を行う第2ファイバ表面加熱装置をさらに備えてもよい。 You may further provide the 2nd fiber surface heating apparatus which heats the surface of the optical fiber just before introduce | transducing into the said annealing furnace in a longitudinal direction, and performs a flame polishing process to the optical fiber before the said annealing process.
本発明によれば、低損失かつ高強度な光ファイバを製造可能な光ファイバの製造方法及び装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and apparatus of an optical fiber which can manufacture a low-loss and high intensity | strength optical fiber can be provided.
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る光ファイバの製造方法に用いる光ファイバの製造装置の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical fiber manufacturing apparatus used in the optical fiber manufacturing method according to the present embodiment.
図1に示すように、光ファイバの製造装置1は、光ファイバ母材2を加熱、溶融して線引する線引炉3と、線引炉3で線引きした光ファイバ4にアニール処理を行うアニール炉5と、光ファイバ4の表面に樹脂をコーティングするコーティング器6と、を備えている。光ファイバ母材2のコアは、例えば濃度10%以下のGe添加純粋シリカガラスからなり、光ファイバ母材2のクラッドは、例えば純粋シリカガラスからなる。
As shown in FIG. 1, an optical
アニール炉5は、線引炉3で線引した光ファイバ4を所定のアニール温度に保持することで、光ファイバ4の仮想温度を低下させ、光ファイバ4の損失要因であるレーリー散乱損失を低減させるものである。なお、仮想温度とは、ガラス構造が、熱平衡状態にある過冷却液体の何度と状態と同じであるかを示す温度で、ガラス中に凍結されている構造の良い指標となるものである(つまり、固化したガラスはその構造によって仮想温度が異なる)。
The annealing
さて、本実施の形態に係る光ファイバの製造装置1は、アニール炉5の下流側(アニール炉5とコーティング器6との間)に、アニール処理後の光ファイバ4の表面を長手方向に連続して加熱して、アニール処理後の光ファイバ4に火炎研磨処理(FP;Fire Polishing, Flame Polishing)を行う第1ファイバ表面加熱装置7を備えている。
Now, in the optical
第1ファイバ表面加熱装置7は、光ファイバ4の表面を長手方向全長にわたって連続的に加熱し、光ファイバ4の表面を溶融(軟化)させて、アニール処理時に光ファイバ4の表面に生じた欠陥、すなわち不純物を核として結晶化が進んだ部分やマイクロクラック等を修復するものである。したがって、第1ファイバ表面加熱装置7は、光ファイバ4の表面の温度が、光ファイバ4の表面が溶融(軟化)する温度、すなわち純粋シリカガラスが溶融(軟化)する2000℃以上の温度となるように、火炎研磨処理を行うよう構成される。
The first fiber surface heating device 7 continuously heats the surface of the
第1ファイバ表面加熱装置7は、光ファイバ4の表面のみを加熱するように構成され、光ファイバ4の芯の部分(コア及びコア周辺のクラッド)を加熱しないように構成される。これは、光ファイバ4の芯の部分を加熱すると、アニール処理の効果が低減されてレーリー損失が増大し、光ファイバ4の伝送損失が増大してしまうためである。
The first fiber surface heating device 7 is configured to heat only the surface of the
第1ファイバ表面加熱装置7としては、例えば、CO2レーザ装置や低温アーク放電装置等を用いることができる。CO2レーザはガラスへの吸収が高いので、CO2レーザを短時間照射すれば、光ファイバ4の表面のみを加熱できる。また、低温アーク放電を短時間行っても、光ファイバ4の表面のみを加熱できる。なお、ここでいう短時間とは、線引中の光ファイバ4のある一点に対しての加熱時間をいい、第1ファイバ表面加熱装置7は、実際には連続して加熱を行うよう構成される。光ファイバ4の表面の温度の制御は、第1ファイバ表面加熱装置7の出力(例えば、CO2レーザの出力)を調整することで行われるようになっている。
As the first fiber surface heating device 7, for example, a CO 2 laser device, a low temperature arc discharge device, or the like can be used. Since the CO 2 laser is highly absorbed by glass, only the surface of the
また、第1ファイバ表面加熱装置7は、図示していないが、光ファイバ4にN2やHeなどの不活性ガスをパージする不活性ガスパージ装置を備えており、光ファイバ4に不活性ガスをパージしつつ火炎研磨処理を行うようになっている。これは、火炎研磨処理により高温となり活性化した光ファイバ4の表面に、不純物が付着してしまうことを抑制するためである。
Although not shown, the first fiber surface heating device 7 includes an inert gas purge device for purging an inert gas such as N 2 or He in the
さらに、図示していないが、第1ファイバ表面加熱装置7に、火炎研磨処理直後の光ファイバ4の表面の温度を検出する温度測定器と、その温度測定器で検出した光ファイバ4の表面の温度が所望の値(予め設定した設定温度)となるように第1ファイバ表面加熱装置7の出力(例えば、CO2レーザの出力)をフィードバック制御する制御装置と、をさらに備えるようにしてもよい。
Further, although not shown, the first fiber surface heating device 7 has a temperature measuring device for detecting the temperature of the surface of the
第1ファイバ表面加熱装置7は、アニール炉5の下流側でコーティング器6の上流側であれば、どこに設けてもよいが、第1ファイバ表面加熱装置7とコーティング器6との間で不純物が付着してしまうことを避けるため、コーティング器6の直前に設けることが望ましい。
The first fiber surface heating device 7 may be provided anywhere as long as it is downstream of the annealing
ところで、アニール処理時に欠陥(不純物を核として結晶化した部分やマイクロクラック等)が大きくなりすぎると、第1ファイバ表面加熱装置7による火炎研磨処理だけでは十分に欠陥を修復できない場合も考えられる。 By the way, if defects (crystallized parts with impurities as nuclei, microcracks, etc.) become too large during the annealing process, it may be possible that the defects cannot be sufficiently repaired only by the flame polishing process by the first fiber surface heating device 7.
そこで、本実施の形態では、アニール炉5に導入する直前の光ファイバ4の表面を長手方向に連続して加熱して、アニール処理前の光ファイバ4に火炎研磨処理を行う第2ファイバ表面加熱装置8をさらに備え、第2ファイバ表面加熱装置8にて、線引炉3内、あるいは線引炉3とアニール炉5の間の空間で光ファイバ4に付着した不純物を除去するように構成した。
Therefore, in the present embodiment, the surface of the
第2ファイバ表面加熱装置8は、第2ファイバ表面加熱装置8とアニール炉5との間で不純物が付着してしまうことを避けるため、アニール炉5の直前に設けられる。
The second fiber
第2ファイバ表面加熱装置8は、不純物の除去を目的としたものであるから、第1ファイバ表面加熱装置7のように、光ファイバ4の表面を溶融(軟化)させるほど、光ファイバ4の表面の温度を上昇させる必要はない。つまり、第2ファイバ表面加熱装置8による火炎研磨処理においては、光ファイバ4の表面の温度が2000℃未満であってもよく、不純物を除去できる程度の出力に適宜調整すればよい。
Since the second fiber
第2ファイバ表面加熱装置8としては、第1ファイバ表面加熱装置7と同様に、例えばCO2レーザ装置や低温アーク放電装置等を用いることができる。また、第1ファイバ表面加熱装置7と同様に、第2ファイバ表面加熱装置8は、光ファイバ4に不活性ガスをパージする不活性ガスパージ装置(図示せず)を備えており、さらに、光ファイバ4の表面の温度を検出する温度測定器(図示せず)や温度測定器の検出値に応じて第2ファイバ表面加熱装置8の出力をフィードバック制御する制御装置(図示せず)を備えていてもよい。
As the second fiber
次に、本実施の形態に係る光ファイバの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing an optical fiber according to the present embodiment will be described.
本実施の形態に係る光ファイバの製造方法では、まず、線引炉3にて光ファイバ母材2を加熱、溶融して線引し、その線引きした光ファイバ4の表面を第2ファイバ表面加熱装置8で連続的に加熱して火炎研磨処理を行い、光ファイバ4に付着した不純物を除去した後、光ファイバ4をアニール炉5に導入してアニール処理を行う。
In the optical fiber manufacturing method according to the present embodiment, first, the
このとき、第2ファイバ表面加熱装置8では、光ファイバ4に不活性ガスをパージしつつ火炎研磨処理を行うことで、火炎研磨処理により高温となり活性化した光ファイバ4の表面に不純物が付着してしまうことを抑制する。アニール炉5に導入する直前で第2ファイバ表面加熱装置8で不純物の除去を行うことにより、不純物を除去した状態の光ファイバ4をアニール炉5に導入することができ、アニール処理による欠陥(不純物を核として結晶化した部分やマイクロクラック等)の発生(あるいは欠陥の拡大、進展)を最小限に留めることができる。
At this time, in the second fiber
その後、第1ファイバ表面加熱装置7でアニール処理後の光ファイバ4の表面を連続的に加熱して火炎研磨処理を行う。このとき、光ファイバ4の表面の温度が2000℃以上となるように火炎研磨処理を行い、光ファイバ4の表面を溶融(軟化)させて、アニール処理により光ファイバ4の表面に生じた欠陥(不純物を核として結晶化した部分やマイクロクラック等)を修復する。また、光ファイバ4に不活性ガスをパージしつつ火炎研磨処理を行うことで、火炎研磨処理により高温となり活性化した光ファイバ4の表面に不純物が付着してしまうことを抑制する。
Thereafter, the surface of the
その後、光ファイバ4をコーティング器6に通し、光ファイバ4の表面に樹脂をコーティングすると、製品が得られる。
Thereafter, the
以上説明したように、本実施の形態に係る光ファイバの製造方法では、アニール処理後の光ファイバ4の表面を長手方向に連続して加熱して火炎研磨処理を行うようにしている。
As described above, in the optical fiber manufacturing method according to the present embodiment, the surface of the annealed
これにより、光ファイバ4の表面を加熱し溶融(軟化)させて、アニール処理により光ファイバ4の表面に生じた欠陥、すなわち不純物を核として結晶化が進んだ部分やマイクロクラック等を修復することが可能となり、低損失かつ高強度な光ファイバ4を製造することが可能となる。
Thereby, the surface of the
また、本実施の形態では、光ファイバ4に不活性ガスをパージしつつ火炎研磨処理を行っているため、火炎研磨処理時に光ファイバ4の表面に不純物が付着してしまうことを抑制できる。
In the present embodiment, since the flame polishing process is performed while purging the inert gas to the
さらに、本実施の形態では、アニール炉5に導入する直前の光ファイバ4の表面を加熱して、アニール処理前の光ファイバ4にも火炎研磨処理を行うようにしているため、不純物を除去した状態で光ファイバ4をアニール炉5に導入することができ、アニール処理時の欠陥の発生(あるいは欠陥の拡大、進展)を最小限に留めることができる。よって、アニール炉5の下流側に設置した第1ファイバ表面加熱装置7にて、確実に欠陥を修復することが可能になり、信頼性を向上できる。
Further, in the present embodiment, the surface of the
また、本実施の形態に係る光ファイバの製造装置1は、既存の光ファイバの製造装置に、第1ファイバ表面加熱装置7と第2ファイバ表面加熱装置8を追加するのみで実現でき、特許文献2のような巨大な真空容器を設けることなく低コストに、低損失かつ高強度な光ファイバ4の製造を実現できる。
Further, the optical
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、第1ファイバ表面加熱装置7にて、純粋シリカガラスからなる光ファイバ4の表面を溶融(軟化)させるべく、光ファイバ4の表面の温度が2000℃以上となるように火炎研磨処理を行ったが、これに限らず、予め光ファイバ母材2の表面に、フッ素などの不純物が添加され軟化温度(軟化点)が低く制御された低温軟化層を形成しておき、第1ファイバ表面加熱装置7にて、光ファイバ4の表面の温度が低温軟化層の軟化温度以上となるように火炎研磨処理を行うようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the surface temperature of the
このように構成することにより、第1ファイバ表面加熱装置7による火炎研磨処理時の光ファイバ4の表面の温度を低くしても、光ファイバ4の表面を溶融(軟化)させて十分に欠陥を修復することが可能となり、光ファイバ4の芯の部分の温度上昇をより抑制することが可能となる。低温軟化層の厚さは、例えば、線引後に10μm程度の厚さとなるように適宜調整すればよい。一例として、添加する不純物としてフッ素を用いる場合、純粋シリカガラスに0.3%程度のフッ素を添加することで、純粋シリカガラスと比較して軟化温度を100℃程度下げることができる。なお、低温軟化層は、気相軸付け法やロッドインチューブ法など公知の方法を用いて形成することができる。また、添加する不純物はフッ素に限らず、例えばOH基などでもよい。
By configuring in this way, even if the temperature of the surface of the
1 光ファイバの製造装置
2 光ファイバ母材
3 線引炉
4 光ファイバ
5 アニール炉
6 コーティング器
7 第1ファイバ表面加熱装置
8 第2ファイバ表面加熱装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記アニール処理後の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理後の光ファイバに火炎研磨処理を行うようにしたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 In an optical fiber manufacturing method in which an optical fiber preform is heated, melted and drawn, and the drawn optical fiber is introduced into an annealing furnace and annealed.
A method of manufacturing an optical fiber, wherein a surface of the optical fiber after the annealing treatment is continuously heated in a longitudinal direction, and the optical fiber after the annealing treatment is subjected to a flame polishing treatment.
前記アニール処理後の光ファイバの表面の温度が前記低温軟化層の軟化温度以上となるように、前記火炎研磨処理を行う請求項1記載の光ファイバの製造方法。 On the surface of the optical fiber preform, a low-temperature softened layer in which impurities are added and the softening temperature is controlled low is formed,
The method of manufacturing an optical fiber according to claim 1, wherein the flame polishing treatment is performed so that a temperature of the surface of the optical fiber after the annealing treatment is equal to or higher than a softening temperature of the low-temperature softening layer.
前記アニール処理後の光ファイバの表面を長手方向に連続して加熱して、前記アニール処理後の光ファイバに火炎研磨処理を行う第1ファイバ表面加熱装置を備えたことを特徴とする光ファイバの製造装置。 In an optical fiber manufacturing apparatus comprising: a drawing furnace that heats, melts and draws an optical fiber preform; and an annealing furnace that anneals the optical fiber drawn by the drawing furnace;
An optical fiber comprising: a first fiber surface heating device that continuously heats the surface of the optical fiber after the annealing treatment in a longitudinal direction and performs a flame polishing treatment on the optical fiber after the annealing treatment. Manufacturing equipment.
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