JP2014062021A - 光ファイバ製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】仮想温度を充分に低減して低損失の光ファイバを生産性よく製造できる方法を提供する。
【解決手段】紡糸工程及び徐冷工程における或る位置ｎでのコアの仮想温度をＴf(n)、単位時間Δｔ経過後のコアの仮想温度をＴf(n+1)、位置ｎでの目標温度Ｔ(n)におけるコアの材料の構造緩和定数をτ(Ｔ(n))とした時に、光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さくなる第１位置から光ファイバの温度Ｔが１４００℃になる第２位置までの範囲のうちの７０％以上の領域において、第１位置をｎ＝０として第１位置における光ファイバの仮想温度Ｔf(0)から開始して漸化式「Ｔf(n+1)＝Ｔ(n)＋(Ｔf(n)−Ｔ(n))exp(−Δｔ／τ(Ｔ(n)))」による計算を行って求められるＴf(n+1)を最小とするような各位置ｎでの目標温度Ｔ(n)に対して、±１００℃以下の差となるように加熱炉２０の温度を設定する。
【選択図】なし

Description

本発明は、光ファイバ製造方法に関するものである。
１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度に対応する高速光通信では、高いＯＳＮＲ（Opticalsignal to noise ratio）が必要となるので、光伝送路として用いられる光ファイバには低損失性および低非線形性の重要性が高まる。光ファイバの非線形屈折率をｎ２とし、光ファイバの実効断面積をAeffとすると、光ファイバの非線形性はｎ２／Aeffによって規定される。実効断面積Aeffが大きいほどコアへの光パワー密度の集中が避けられるので、非線形性は低減される。汎用のシングルモード光ファイバ（ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２相当）の実効断面積Aeffは波長１５５０ｎｍにおいて約８０μｍ２である。しかし、非線形性を低減した光ファイバとしては、実効断面積Aeffが１１０μｍ２〜１８０μｍ２の範囲であることが望ましい。
前述のように実効断面積Aeffが大きいほど非線形性が低減され得る。しかし、実効断面積Aeffが大きくなると、マイクロベンド損失が大きくなり、ケーブル化時に損失が大きくなる。光ファイバの屈折率構造、樹脂のヤング率および厚み等により異なるが、実効断面積Aeffがマイクロベンドに与える影響を考慮した場合、実効断面積Aeffは１００μｍ２〜１５０μｍ２であるのが好ましい。
低損失化を図った光ファイバとして、不純物を実質的に含まない純シリカからなるコアを有する光ファイバ（ＰＳＣＦ）が知られている。しかし、このＰＳＣＦは一般に高価である。低損失および低非線形を実現することができる安価な光ファイバが求められる。一方、ＧｅＯ２がコアに添加された光ファイバ（ＧＣＦ）は、ＧｅＯ２の濃度揺らぎによりＰＳＣＦよりレーリー散乱損失が大きいので、上述のような大容量通信に関してＰＳＣＦよりも劣ると考えられていた。
特許文献１には、ＧＣＦの損失を低減する徐冷技術が記載されている。この文献に記載された技術は、線引炉の後段に徐冷のための加熱炉を設け、線引炉において光ファイバ母材を加熱溶融し紡糸して光ファイバを製造し、該光ファイバを徐冷炉において徐冷することで、ガラスファイバの仮想温度を低減し、光ファイバにおけるレーリー散乱を低減して低損失化を図る。
特開２００６−５８４９４号公報
S. Sakaguchi, et al., AppliedOptics, Vol.37, Issue33, pp.7708-7711 (1998) K. Saito, et al., J. Am. Ceram. Soc.,Vol.89[1], pp.65-69 (2006) 信学技法IEICE Technical ReportOFT2007-19 (2007-8) D.-L. Kim, et al., J. Non-Cryst. Solids,Vol.286, pp.136-138 (2001)
従来の徐冷技術は、所定範囲において光ファイバの温度履歴を適正化するものではない。したがって、従来の徐冷技術は、光ファイバの低損失化を効率的に行うことができなかったり、徐冷のための加熱炉が必要以上に長くなったり、線引速度を低下させて徐冷時間を長く確保したりして、生産性が低下する場合があった。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、仮想温度を充分に低減して低損失の光ファイバを生産性よく製造することができる方法を提供することを目的とする。
第１の発明の光ファイバ製造方法は、ＧｅＯ２を含む石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する方法であって、線引炉において光ファイバ母材の一端を加熱溶融し紡糸して光ファイバとする紡糸工程と、紡糸工程で得られた光ファイバを線引炉における加熱温度より低い温度の加熱炉に通過させる徐冷工程と、を備え、紡糸工程および徐冷工程における或る位置ｎでのコアの仮想温度をＴf(n)とし、単位時間Δｔ経過後のコアの仮想温度をＴf(n+1)とし、位置ｎでの目標温度Ｔ(n)におけるコアの材料の構造緩和定数をτ(Ｔ(n))としたときに、光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さくなる第１位置から光ファイバの温度Ｔが１４００℃になる第２位置までの範囲のうちの７０％以上の領域において、第１位置をｎ＝０として第１位置における光ファイバの仮想温度Ｔf(0)から開始して漸化式「Ｔf(n+1)＝Ｔ(n)＋(Ｔf(n)−Ｔ(n))exp(−Δｔ／τ(Ｔ(n)))」による計算を行って求められるＴf(n+1)を最小とするような各位置ｎでの目標温度Ｔ(n)に対して±１００℃以下の差となるように加熱炉の温度を設定することを特徴とする。
第１の発明の光ファイバ製造方法では、線引炉において紡糸された後に温度５００℃の気体と触れる位置における光ファイバの断面方向の平均温度が１６５０℃以下であるのが好適である。また、光ファイバの外径の長手方向の変動量の３σが±０.２μｍ以下であるのが好適である。
第２の発明の光ファイバ製造方法は、ＧｅＯ２を含む石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する方法であって、線引炉において光ファイバ母材の一端を加熱溶融し紡糸して光ファイバとする紡糸工程と、紡糸工程で得られた光ファイバを線引炉における加熱温度より低い温度の加熱炉に通過させる徐冷工程と、を備え、加熱炉に入線するときの光ファイバの温度を１,４００℃以上１,６５０℃以下とし、光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さく且つ温度１７００℃以上の位置で光ファイバの冷却速度を１０,０００℃／ｓ以上とし、光ファイバの温度が１,４００℃〜１,６００℃の位置で光ファイバの冷却速度を５,０００℃／ｓ以下とすることを特徴とする。
第２の発明の光ファイバ製造方法では、徐冷工程における徐冷領域の長さが１.５ｍ以上であるのが好適である。徐冷工程で用いる加熱炉として上部加熱炉および下部加熱炉を設け、上部加熱炉の内周面温度より下部加熱炉の内周面温度を高くするのが好適である。徐冷工程で用いる加熱炉として上部加熱炉および下部加熱炉を設け、上部加熱炉の内周面温度より下部加熱炉の内周面温度を５０℃以上高くするのが好適である。また、下部加熱炉を通過するときの光ファイバの仮想温度に対して±１００℃以下の差となるよう下部加熱炉の内周面温度を設定するのが好適である。
第１または第２の発明の光ファイバ製造方法では、徐冷工程の後の光ファイバを重水素ガス雰囲気に曝す重水素処理工程を更に備えるのが好適である。
本発明によれば、仮想温度を充分に低減して低損失の光ファイバを生産性よく製造することができる。
光ファイバ１の断面図である。 光ファイバ１を製造するための線引装置の構成を示す図である。 ラマンスペクトルを示すグラフである。 仮想温度Ｔf(n)，仮想温度Ｔf(n+1)および温度Ｔの間の関係について説明する図である。 各位置での光ファイバの目標温度Ｔ(n)を求める手順を示すフローチャートである。 汎用的なシングルモード光ファイバの場合の適正な徐冷熱履歴の導出結果を示すグラフである。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、ＳｉＯ２ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コア１１と、この中心コア１１を囲む光学クラッド１２と、この光学クラッド１２を囲むジャケット１３とを備える。
光学クラッド１２の屈折率が基準とされて、中心コア１１およびジャケット１３それぞれの相対屈折率差が記述される。中心コア１１の屈折率としてＥＳＩ（Equivalentstep index）屈折率が用いられる。光学クラッド１２とジャケット１３との境界における屈折率の径方向変化の微分値が最大となる径を光学クラッド１２の外径と定義し、ジャケット１３の屈折率は、光学クラッド１２の外径からガラスの最外周までの屈折率の平均値が用いられる。
光ファイバ１は、ＧｅＯ２を含む中心コアを有し、屈折率構造がステップ型、Ｗ型、トレンチ型、リングコア型のいずれであっても構わない。この場合、実質的に伝搬する光のパワーの大部分を占めモードフィールドを実質的に決定する屈折率構造部を中心コアと定義し、その中心コアを取り囲む部位を光学クラッドとする。
中心コア１１は、ＧｅＯ２を含み、更にフッ素元素を含んでいてもよい。光学クラッド１２は、中心コア１１の屈折率より低い屈折率を有する。光学クラッド１２は、純ＳｉＯ２ガラスであってもよいし、フッ素元素が添加されたＳｉＯ２ガラスからなってもよい。ジャケット１３は、純ＳｉＯ２ガラスで構成され、塩素元素を含んでいてもよい。
光ファイバ１のレーリー散乱を低減することで、光ファイバ１の損失を低減することができる。レーリー散乱を低減するには、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減することが有効である。ガラスの仮想温度の低減する方法として以下のような第１の方法および第２の方法がある。
光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第１の方法は、光ファイバ母材を線引して光ファイバ１を製造する際に、紡糸された光ファイバの冷却速度を遅くすることで、ガラスのネットワークの構造緩和を進めて、ガラスの仮想温度を低減する方法（徐冷法）である。また、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第２の方法は、中心コア１１の構造緩和を促進しつつ光吸収により伝送損失を増大しない微量の添加物を中心コア１１に添加して、ガラスの仮想温度を低減する方法である。
光ファイバ１は、上記の第１の方法および第２の方法の何れによりレーリー散乱が低減されてもよく、また、両方法が適宜に組み合わされてレーリー散乱が低減されてもよい。以下では徐冷法について説明する。
図２は、光ファイバ１を製造するための線引装置の構成を示す図である。線引装置は、線引炉１０、加熱炉２０、強制冷却部２０、ダイス４０、ＵＶ炉５０および巻き取りボビン６０を備える。加熱炉２０は、上部加熱炉２１および下部加熱炉２２を含む。この線引装置により光ファイバ母材２が線引されて光ファイバ１が製造される。
光ファイバ１の製造方法は以下のとおりである。先ず、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤといった気相ガラス合成法により光が導波するコアと光学クラッドとを作成し、該光学クラッドの周囲にＶＡＤ、ＯＶＤ、ＡＰＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法によりジャケット層を形成して、光ファイバ母材２を形成する。このようにして作成した光ファイバ母材２を線引タワーに把持し、線引炉１０において下端部を作業点以上の温度に加熱し、形成された種ガラスを適宜延伸して紡糸し、紡糸した光ファイバの外径を制御しながら、樹脂を付着させるダイス４０、樹脂を硬化させるＵＶ炉５０等を経て光ファイバ素線となし、その光ファイバ素線を巻き取りボビン６０により巻き取る。
一般的に光ファイバ１ではジャケット１３の外周に樹脂被覆層が設けられる。樹脂被覆層は、２層構造を有しており、外力が直接にガラスファイバに伝わらないようにする一次被覆層と、外傷を防止する二次被覆層とを含む。それぞれの樹脂層を塗布するダイス４０は紡糸工程において直列的に配置されても良い。また、２層を同時に排出するダイス４０により塗布しても良く、この場合、線引タワーの高さを低くすることができるので、線引建屋の建造コストを軽減することができる。
また、紡糸後のガラスファイバの冷却速度を制御する加熱炉２０を線引炉１０とダイス４０との間に設けることで、ダイス４０に入る際のガラスファイバの表面温度を好適な温度に制御することができる。冷却速度を制御する装置内に流すガスのレイノルズ数は低いほうが、紡糸したファイバへ与えられる乱流の発生による振動が軽減されるので望ましい。また、ガラスファイバの冷却速度を制御することで、レーリー散乱を低減し、伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。
樹脂を硬化させるためのＵＶ炉４０は、ＵＶ光の強度のほかに炉内部の温度をフィードバック制御することで、樹脂の硬化速度を適切に制御することができる。ＵＶ炉４０としては、マグネトロンや紫外ＬＥＤが好適に用いられる。紫外ＬＥＤを用いる場合は、光源そのものは発熱しないので、炉内の温度が適切になるように温風を入れる機構が別途備えられる。また、樹脂から脱離する成分がＵＶ炉４０の炉心管の内面に付着し、被覆層に到達するＵＶ光のパワーが線引中に変化するので、予め線引中のＵＶ光パワーの減少度合いをモニタし、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように、線引時間によりＵＶ光パワーを調節しても良い。また、炉心管から漏れ出るＵＶ光をモニタして、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように制御しても良い。これにより、光ファイバ全長において均質な光ファイバの破断強度を得ることができる。
２層の被覆層のうち二次被覆層の厚さは、耐外傷性を保持できるよう、適切に設定することが好ましい。一般に、二次被覆層の厚みは、１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上であることが好ましい。
このようにして製造され巻き取りボビンにより巻き取られた光ファイバ１は、必要に応じて被覆層に着色され、光ケーブルや光コードといった最終製品として使用される。
本実施形態では、線引炉１０において紡糸された光ファイバ１は、線引炉１０を出た後に加熱炉２０を経てダイス４０に入る。加熱炉２０は、溶融された光ファイバ母材２の下端部において光ファイバ１の最終外径（一般的には１２５μｍ）の５００％以下の径となる部分から、紡糸された光ファイバが温度１４００℃になる部分までを、連続的に１０００〜１００００℃／ｓの冷却速度で冷却する。加熱炉２０は、線引炉１０の下部であって紡糸された光ファイバ１が実質的に線引炉１０から出る面（線引炉出口）より下部に設けられている。線引炉１０の出口から加熱炉２０に入口まで距離は１ｍ以下である。線引炉１０の出口から加熱炉２０の入口までの間は、紡糸された光ファイバ１の温度の低下を防止する保温構造となっていることが望ましい。加熱炉２０に入る際の光ファイバ１の温度は、１０００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは１４００℃以上である。
これにより、加熱炉２０において光ファイバ１が再加熱され実質的に構造緩和できる温度（一般にはガラス転移点以上の温度）まで上昇するまでの加熱炉２０の長さを短くすることができ、構造緩和時間をより長く取ることができる。加熱炉２０の長さＬは、線引速度Ｖとしたときに、Ｌ／Ｖが０.０５ｓ以上となるように設定される。加熱炉２０は複数の炉２１，２２から構成されていることが望ましい。これにより、光ファイバ１の冷却速度を長手方向で変化させることができる。このような加熱炉２０を用いて光ファイバを製造することで、レーリー散乱が低減された光ファイバを得ることができる。
Ｌ／Ｖを大きくすることにより、ガラスの仮想温度の低減を図ることができる。ただし、本願出願時の技術水準に基づいて経済合理性を考慮した場合、線引速度Ｖは３０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。例えば、Ｌ／Ｖ＝０.２ｓを実現する場合、加熱炉の長さＬは６ｍであることが必要となる。更に高速の線引を行う場合は、加熱炉２０の長さＬが長尺化して、作業性が低下し、或いは、線引装置の全高を高くする必要から、設備投資額の増大を伴う。この様に、作業性、設備投資額の抑制、製造線速、低損失性の両立には一定のトレードオフが存在するので、効率的に徐冷を行い、必要となる加熱炉２０の長さＬを短くすることが経済的な製造条件の確立の上で重要となる。
図３は、ラマンスペクトルを示すグラフである。光ファイバの仮想温度は、同図に示されるように、光ファイバを構成する各部位の顕微ラマン散乱スペクトルの８００ｃｍ−１ピーク面積比に対するＤ１（４９０ｃｍ−１）の面積比により評価することができる。同図に示されるように、５２５ｃｍ−１〜４７５ｃｍ−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれたＤ１ピーク面積を算出する。また、８８０ｃｍ−１〜７４０ｃｍ−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれた８００ｃｍ−１ピーク面積を算出する。そして、８００ｃｍ−１ピーク面積に対するＤ１ピーク面積の比と、予めバルクガラス等を用いてＩＲ法（非特許文献４参照）により測定しておいた仮想温度との関係を用いて、仮想温度を求めることができる。
図４は、仮想温度Ｔf(n)，仮想温度Ｔf(n+1)および温度Ｔの間の関係について説明する図である。同図を用いて、本実施形態の光ファイバ製造方法における徐冷について説明する。本実施形態の光ファイバ製造方法は、線引炉１０において光ファイバ母材２の一端を加熱溶融し紡糸して光ファイバ１とする紡糸工程と、紡糸工程で得られた光ファイバ１を線引炉１０における加熱温度より低い温度の加熱炉２０に通過させる徐冷工程と、を備え、以下のような徐冷を行う。
ガラス構造の緩和の速度を示す構造緩和定数τは、材料および温度Ｔに依存し、下記（１）式で表される。ここで、Ａは定数であり、Ｅａは活性化エネルギーであり、ｋＢはボルツマン定数である。
τ(Ｔ)＝Ａexp（Ｅａ／ｋＢＴ） …(1)
紡糸工程および徐冷工程における或る位置ｎでのコアの仮想温度をＴf(n)とし、単位時間Δｔ経過後のコアの仮想温度をＴf(n+1)とし、位置ｎでの目標温度をＴ(n)としたとき、下記（２）式の漸化式が成り立つ。この漸化式の関係を示したものが図４である。
Ｔf(n+1)＝Ｔ(n)＋(Ｔf(n)−Ｔ(n))exp(−Δｔ／τ(Ｔ(n))) …(2)
この漸化式によれば、図４に示されるように、温度Ｔが低すぎる場合、構造緩和定数τが大きくなり構造緩和の時間が長くなるので、単位時間経過後の仮想温度Ｔf(n+1)は高くなる。一方、温度Ｔが高すぎる場合、仮想温度が平衡する温度が高くなるので、単位時間経過後の仮想温度Ｔf(n+1)は高くなる。このように、温度Ｔが低すぎても高すぎても単位時間経過後の仮想温度Ｔf(n+1)は高くなる。単位時間経過後の仮想温度Ｔf(n+1)が最低となる温度Ｔが存在する。
従来では、温度Ｔの適正化は、加熱炉２０内を通過中の光ファイバに対して実施されており、加熱炉２０に入線する前の光ファイバに対しては実施されていなかった。本実施形態では、光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さくなる第１位置から光ファイバの温度Ｔが１４００℃になる第２位置までの範囲のうちの７０％以上の領域において、第１位置をｎ＝０として第１位置における光ファイバの仮想温度Ｔf(0)から開始して上記漸化式による計算を行って求められる各位置ｎでのＴf(n+1)を最小とするような目標温度Ｔ(n)に対して±１００℃以下（好ましくは、±５０℃以下）の差となるように加熱炉２０の温度を設定する。
図５は、各位置での光ファイバの目標温度Ｔ(n)を求める手順を示すフローチャートである。或る位置ｎでのコアの仮想温度Ｔf(n)に対し、単位時間Δｔ経過後のコアの仮想温度Ｔf(n+1)が最低となるような目標温度Ｔ(n)を求める。このような処理を、光ファイバのガラス外径が所定外径となる第１位置から開始し、目標温度Ｔ(n)が所定温度以下になる第２位置で終了する。なお、処理を開始する第１位置（ｎ＝０）では、τ(T)は小さいので、仮想温度Ｔf(0)と実際の温度Ｔとはほぼ等しい。
処理を開始する第１位置は、光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さくなる位置とし、好ましくは、光ファイバのガラス外径が最終外径の２００％より小さくなる位置とする。これにより光ファイバの外径の制御性を損なうことなく徐冷を行うことができる。処理を終了する第２位置は、光ファイバの目標温度が１４００℃になる位置とする。これにより充分に仮想温度を低下させることができる。
このように目標温度を求めることで、ある材料において仮想温度が最も効率よく低減するときに光ファイバが経験すべき温度履歴を求めることができ、レーリー散乱の低減した光ファイバを得ることができる。それ故、所定の伝送損失を得るのに必要な徐冷時間を短縮し、徐冷加熱炉長を短くすることができる。
急激に温度が変化する位置においては乱流が発生し、光ファイバに与えられる温度の冷却効率がランダムに変化する。このとき、光ファイバの粘性が低い場合、光ファイバの外径が変動する。そこで、光ファイバが線引炉１０により紡糸されてから最初に温度５００℃以下の気体と触れる位置における光ファイバの断面方向の平均温度は１６５０℃以下であることが望ましい。より好ましくは１５５０℃以下である。このようにすることにより、線径変動を３σで±0.2μｍ以下程度まで防止しつつ、仮想温度を低減できる。
図６は、汎用的なシングルモード光ファイバの場合の適正な徐冷熱履歴の導出結果を示すグラフである。３.５mol％のＧｅＯ２を添加したコアを有する汎用的なシングルモード光ファイバでは、上記（１）式中のパラメータの値は、Ａ＝0.8×10-15、Ｅａ＝-4.67eV である。同図に示されるように、適正な徐冷熱履歴では、光ファイバ温度が高いときは光ファイバを急速に冷却し、光ファイバ温度が低くなるに従い光ファイバの冷却速度を遅くすることが仮想温度の低減に有用である。汎用のシングルモード光ファイバ（ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２）に相当する光学特性を得ようとした場合、コアのＧｅＯ２の添加濃度は凡そ３.０〜４.０mol％である。この場合、同図に示される適正な徐冷熱履歴となるように光ファイバを徐冷すれば、仮想温度の予測バラツキは±５０℃以内に収まる。但し、τ(Ｔ)は、コアへの付加的な添加物およびジャケットの組成によっても変化する。光ファイバ母材の組成によりτ(T)を実験的に求め、上記の手法を用いることで、どのような組成の光ファイバ母材でも仮想温度を効率良く低減する徐冷熱履歴を導出することができる。
実際の線引工程および徐冷工程では、導出した目標温度履歴に近くなるように光ファイバの温度を設定するほど、効率良く光ファイバの仮想温度を低減することができる。好ましくは、線引中の領域の７０％以上の領域で、導出した目標温度履歴に対する実際の温度の差が±１００℃以下となるように線引することで、光ファイバの仮想温度を効率よく低減することができる。更に好ましくは差は±５０℃以下である。
図６に示される理想的な温度プロファイルのとおりに光ファイバの温度を制御することが望ましいが、精密に光ファイバの温度を制御するのは困難な場合がある。その場合は、１７００℃以上の温度範囲および１４００℃〜１６００℃の温度範囲それぞれにおいて、平均冷却速度を求め、光ファイバ温度がこの平均冷却速度で冷却されるように制御する。図６を例とした場合、光ファイバ温度が１７００℃以上の領域における平均冷却速度は１００００℃／ｓであり、光ファイバ温度が１４００℃〜１６５０℃の領域における平均冷却速度は５０００℃／ｓ以下（より好ましくは３０００℃以下）である。尚、この適正熱履歴の時間依存性は、線速に拠らず一定であるので、線速に応じて必要な加熱炉の長さや設置位置を修正すればよい。
加熱炉２０への入線温度は１４００℃以上であることが望ましい。これにより、光ファイバの温度が過度に低下して緩和定数が大きくなるのを防止することができる。また、加熱炉２０への入線温度は１６５０℃以下であることが望ましい。これにより、温度の変化点における温度を十分に小さくでき、線径変動を０.１５μｍ以下に抑制できる。
図６より、理想的には０.０５ｓ以上の適切な徐冷熱履歴を光ファイバに与えることにより、光ファイバの仮想温度を１５６０℃以下に低減でき、波長１.５５μｍにおける伝送損失を０.１８２ｄＢ／ｋｍ以下にできる。このとき、経済的な光ファイバを得るのに必要な３０ｍ／ｓ以上の製造線速では、徐冷領域（目標温度に対して±１００℃以下とする領域）は１.５ｍ以上が必要となる。一方、徐冷領域が長すぎる場合、線引タワーの全高を高くする必要が生じ、作業性が低下し、建設コストが増大するので、望ましくない。徐冷加熱炉の長さは８ｍ以下、より好ましくは５ｍ以下、更に好ましくは２ｍ以下であることが望ましい。
加熱炉２０内の温度は５０００℃／ｓ以下の冷却速度とすることが望ましく、下部に進むに従い光ファイバ温度は徐々に低くなることが望ましい。一方、実際の製造においては、加熱炉２０内に煙突効果により上昇気流が生じるので、加熱炉２０の下部より室温に近いガスが加熱炉２０内に流入し、加熱炉２０内で実質的に光ファイバが接触するガス温度が低下する。一方、上部に向かうに従い、流入したガスの温度が上昇し、加熱炉２０の内周面温度に近づく。そこで、相対的に、上部加熱炉２１の内周面温度より下部加熱炉２２の内周面温度を高くすることで、適正な徐冷温度履歴を得る事ができる。好ましくは、上部加熱炉２１の内周面温度より下部加熱炉２１の内周面温度を５０℃以上高くすることが望ましい。
紡糸された光ファイバの仮想温度に対し下部加熱炉２２の内周面温度を±１００℃以下（より好ましくは±５０℃以下）とすることで、簡便に理想的な徐冷熱履歴に近似させることができる。
本実施形態の光ファイバ製造方法によれば、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８２ｄＢ／ｋｍ以下（好ましくは０.１７９ｄＢ／ｋｍ以下）に低減された光ファイバを経済的に得ることができ、また、波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失の増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下に低減された光ファイバを経済的に得ることができる。
加熱炉２０から強制冷却部３０までの距離が短く、強制冷却部３０への光ファイバ入線温度が１２００℃以上となった場合、光ファイバの耐水素特性が悪化する場合がある。そこで、光ファイバを重水素ガス雰囲気に曝す重水素処理工程を更に備えることにより、水素拡散による伝送損失の増加を防止しつつ、低損失な光ファイバを得ることができる。
１…光ファイバ、２…光ファイア母材、１１…中心コア、１２…クラッド、１３…ジャケット、１０…線引炉、２０…加熱炉、２１…上部加熱炉、２２…下部加熱炉、３０…強制冷却部、４０…ダイス、５０…ＵＶ炉、６０…巻き取りボビン。

Claims (9)

  1. ＧｅＯ２を含む石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する方法であって、
    線引炉において前記光ファイバ母材の一端を加熱溶融し紡糸して光ファイバとする紡糸工程と、前記紡糸工程で得られた光ファイバを前記線引炉における加熱温度より低い温度の加熱炉に通過させる徐冷工程と、を備え、
    前記紡糸工程および前記徐冷工程における或る位置ｎでの前記コアの仮想温度をＴf(n)とし、単位時間Δｔ経過後の前記コアの仮想温度をＴf(n+1)とし、位置ｎでの目標温度Ｔ(n)における前記コアの材料の構造緩和定数をτ(Ｔ(n))としたときに、
    前記光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さくなる第１位置から前記光ファイバの温度Ｔが１４００℃になる第２位置までの範囲のうちの７０％以上の領域において、前記第１位置をｎ＝０として前記第１位置における前記光ファイバの仮想温度Ｔf(0)から開始して漸化式「Ｔf(n+1)＝Ｔ(n)＋(Ｔf(n)−Ｔ(n))exp(−Δｔ／τ(Ｔ(n)))」による計算を行って求められるＴf(n+1)を最小とするような各位置ｎでの目標温度Ｔ(n)に対して±１００℃以下の差となるように前記加熱炉の温度を設定する、ことを特徴とする光ファイバ製造方法。
  2. 前記線引炉において紡糸された後に温度５００℃の気体と触れる位置における前記光ファイバの断面方向の平均温度が１６５０℃以下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方法。
  3. 前記光ファイバの外径の長手方向の変動量の３σが±０.２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ製造方法。
  4. ＧｅＯ２を含む石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する方法であって、
    線引炉において前記光ファイバ母材の一端を加熱溶融し紡糸して光ファイバとする紡糸工程と、前記紡糸工程で得られた光ファイバを前記線引炉における加熱温度より低い温度の加熱炉に通過させる徐冷工程と、を備え、
    前記加熱炉に入線するときの前記光ファイバの温度を１,４００℃以上１,６５０℃以下とし、
    前記光ファイバのガラス外径が最終外径の５００％より小さく且つ温度１７００℃以上の位置で前記光ファイバの冷却速度を１０,０００℃／ｓ以上とし、
    前記光ファイバの温度が１,４００℃〜１,６００℃の位置で前記光ファイバの冷却速度を５,０００℃／ｓ以下とする、
    ことを特徴とする光ファイバ製造方法。
  5. 前記徐冷工程における徐冷領域の長さが１.５ｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ製造方法。
  6. 前記徐冷工程で用いる前記加熱炉として上部加熱炉および下部加熱炉を設け、前記上部加熱炉の内周面温度より前記下部加熱炉の内周面温度を高くする、ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ製造方法。
  7. 前記徐冷工程で用いる前記加熱炉として上部加熱炉および下部加熱炉を設け、前記上部加熱炉の内周面温度より前記下部加熱炉の内周面温度を５０℃以上高くする、ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ製造方法。
  8. 前記下部加熱炉を通過するときの前記光ファイバの仮想温度に対して±１００℃以下の差となるよう前記下部加熱炉の内周面温度を設定する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の光ファイバ製造方法。
  9. 前記徐冷工程の後の光ファイバを重水素ガス雰囲気に曝す重水素処理工程を更に備えることを特徴とする請求項１または４に記載の光ファイバ製造方法。
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