JP2020045272A - 光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本工程では、まず光ファイバ1のコア10となるコアガラス体と、内側クラッド11となるクラッドガラス体とを有する光ファイバ用母材1Pを準備する。図4は、準備工程P1で準備される光ファイバ用母材1Pの長手方向に垂直な断面を示す図である。図4に示すように、光ファイバ用母材1Pは、光ファイバ1のコア10となるコアガラス体10Pと、内側クラッド11となるクラッドガラス体11Pと、を有する。光ファイバ用母材1Pの作製方法は特に限定されず、例えば、MCVD法(Modified chemical vapor deposition method)によって光ファイバ用母材1Pを作製することができる。
本工程は、光ファイバ用母材1Pの下端部を加熱炉20において加熱しながら線引きする工程である。
光ファイバ用母材1Pの外径を30mm、内側クラッド11の外径を0.25mm、光ファイバ1の引取速度を50m/min、線引き張力を50gf、上記式(1)及び式(2)の定数Bを300K、分散σtを150mm、分散σbを50mm、xcを135mmとしたときの加熱炉20内の温度分布、ネックダウンND付近におけるガラスの温度分布、およびネックダウンNDの外径の推定結果を図8に示す。なお、このとき、上記式(1)及び式(2)の定数Aの値は線引き張力が50gfとなるように設定しており、比σt/σb=3.0、比Tc/Tmax=0.70である。
光ファイバ用母材1Pの外径を30mm、内側クラッド11の外径を0.25mm、引取速度を50m/min、線引き張力を50gf、上記式(1)及び式(2)の定数Bを300K、xcを0としたときに、分散σtを50mm〜300mm、分散σbを20mm〜300mmに変化させ、加熱炉20内の温度分布、ネックダウンND付近におけるガラスの温度分布、およびネックダウンNDの外径の推定を行った。分散σtを150mmとして分散σbを20mm〜150mmに変化させたときの加熱炉20内の温度分布を図10に示し、同条件におけるガラスの温度分布を図11に示し、同条件におけるネックダウンNDの外径を図12に示す。
光ファイバ用母材1Pの外径を30mm、内側クラッド11の外径を0.25mm、引取速度を50m/min、線引き張力を50gf、定数Bを300K、分散σtを150mm、分散σbを50mm(比σt/σb=3.0)としたときに、xcを0mm〜225mmに変化させて加熱炉20内の温度分布、ネックダウンND付近におけるガラスの温度分布、およびネックダウンNDの外径の推定を行った。xcを0mm〜225mmに変化させたときの加熱炉20内の温度分布を図16に示し、同条件におけるガラスの温度分布を図17に示し、同条件におけるネックダウンNDの外径を図18に示す。
図24は、実施例1で用いた加熱炉の断面を示す図である。図24において、図2と同様の構成のものには同じ符号を付している。実施例で用いた加熱炉20aは、断熱材25が3つに分割されている点と発熱体30の位置が実施形態で例示した加熱炉20と異なる。
加熱炉20aに冷却部材40を挿入せずに、炉心管22の上側からHeを6L/min、炉心管22の下側からHeを10L/min、Arを3L/minで流した以外は実施例1と同様にして、加熱炉20a内の温度分布を測定した。その結果を図26に示す。
実施例1と同様の加熱炉20aを用いて、コア10にYbが2.3wt%、Alが3.3wt%、及びPが3.8wt%添加された光ファイバ1を製造した。線引工程P2終了時に光ファイバ用母材1Pの送り出し及び光ファイバ1の引き取りを同時に止めてから加熱炉20a内の温度を下げ、実際の操業に近い状態においてネックダウンNDのサンプルを採取した。光ファイバ用母材1Pの外径を30mm、内側クラッド11の外径を0.28mm、光ファイバ1の引き取り速度を50m/minとし、線引き張力を50gfと仮定した。ネックダウンNDの外径を測定した結果を図27に示し、ネックダウンNDの外径から推定されるガラスの温度を図28に示す。図27及び図28の横軸はネックダウンNDの長手方向の位置であり、加熱炉内の温度が最大となる位置を基準点(0)とし、基準点より下流方向を正方向としている。
加熱炉20aに冷却部材40を挿入せずに、光ファイバ1の引取速度を80m/minとした以外は実施例2と同様にネックダウンNDのサンプルを採取した。ネックダウンNDの外径を測定した結果を図27に示し、ネックダウンNDの外径から推定されるガラスの温度を図28に示す。
コアに添加されるドーパントをYbが2.3wt%、Alが3.1wt%、及びPが4.0wt%とし、加熱炉20aに冷却部材40を挿入しなかった以外は実施例2と同様にして光ファイバを製造した。
加熱炉20aにおける発熱体30の長さ、冷却部材40の上端から発熱体30の中心までの高さ方向の距離、コア10に添加されるドーパントの含有量、及び、光ファイバ裸線1Eの引き取り速度を下記表1に示す通りとしたこと以外は、実施例2と同様にして光ファイバ1を製造した。
加熱炉20aに冷却部材40を挿入せずに、加熱炉20aにおける発熱体30の長さ、コア10に添加されるドーパントの含有量、及び、光ファイバ裸線1Eの引き取り速度を下記表2に示す通りとしたこと以外は、実施例2と同様にして光ファイバ1を製造した。
1P・・・光ファイバ用母材
10・・・コア
10P・・・コアガラス体
11・・・内側クラッド
11P・・・クラッドガラス体
12・・・外側クラッド
13・・・保護層
20,20a・・・加熱炉
21・・・母材送り出し装置
22・・・炉心管
23・・・筐体
24・・・冷媒流路
25・・・断熱材
30・・・発熱体
40・・・冷却部材
100・・・光ファイバの製造装置
Claims (14)
- 希土類元素化合物を含むシリカガラスから成るコアを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材の下端部を加熱炉において加熱しながら線引きする線引工程を備え、
前記加熱炉内の温度分布は、上流側から下流側に向かって最高温度になるまで昇温された後に降温され、前記最高温度となる箇所より下流側において温度低下が急峻になる変化をする変化点を有し、
前記最高温度は、前記シリカガラスがガラス転移点以上となると共に前記シリカガラスが単相である温度である
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 前記加熱炉内の温度分布は、平衡状態において前記希土類元素化合物と純粋なシリカガラスとの組成比がそれぞれ異なる複数の液相に分離する温度で冷却速度が最大となるように設定される
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記加熱炉内の温度分布における前記変化点より上流側の温度分布を下記式(1)で示す正規分布の一部に近似すると共に、前記変化点より下流側の温度分布を下記式(2)で示す正規分布の一部に近似し、
前記式(1)で示す正規分布の分散σtと前記式(2)で示す正規分布の分散σbとの比σt/σbが2以上となるように、前記加熱炉の温度を設定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバの製造方法。
- 前記比σt/σbが3以上となるように前記加熱炉の温度を設定する
ことを特徴とする請求項3に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記比σt/σbが8以下となるように前記加熱炉の温度を設定する
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記分散σtが100mm以上300mm以下とされる
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記変化点の温度Tcと前記最高温度Tmaxとの比Tc/Tmaxが0.5以上とされる
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記比Tc/Tmaxが0.7以上とされる
ことを特徴とする請求項7に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記希土類元素化合物に含まれる希土類元素がイッテルビウム(Yb)であり、
前記コアにおける前記希土類元素の濃度が2.0wt%以上3.1wt%以下である
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記コアには、3.0%wt以上5.3wt%以下のアルミニウム(Al)と、1.7wt%以上5.6wt%以下のリン(P)とがさらに含まれる
ことを特徴とする請求項9に記載の光ファイバの製造方法。 - 希土類元素化合物を含むシリカガラスから成るコアを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材を発熱体により加熱する加熱炉を備え、
前記加熱炉内の温度分布は、上流側から下流側に向かって最高温度になるまで昇温された後に降温され、前記最高温度となる箇所より下流側において温度低下が急峻になる変化をする変化点を有し、
前記最高温度は、前記シリカガラスがガラス転移点以上となると共に前記シリカガラスが単相である温度である
ことを特徴とする光ファイバの製造装置。 - 前記光ファイバ用母材から線引きされるガラス線を冷却する冷却部材が前記発熱体よりも下側に設けられる
ことを特徴とする請求項11に記載の光ファイバの製造装置。 - 前記冷却部材は前記ガラス線を囲い、
前記冷却部材の内周面と前記ガラス線の表面との間に下から上に向けて冷却ガスが吹き込まれる
ことを特徴とする請求項12に記載の光ファイバの製造装置。 - 前記発熱体よりも下側に、前記加熱炉の内側の熱を前記加熱炉の外側に伝達する放熱材が設けられる
ことを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の光ファイバの製造装置。
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