JP2020158349A - Method for manufacturing optical fiber - Google Patents
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- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光ファイバの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber.
近年の光通信システムでは、光ファイバの伝送損失の低減がより強く要請されている。その理由の一つは、光通信伝送路としての光ファイバの伝送損失を低減することにより、長距離光通信システム、たとえば海底線ケーブルなどで使用する中継器の数を減らすことができるので、光通信システムの構築や維持におけるコストメリットが大きいからである。 In recent optical communication systems, there is a strong demand for reduction of transmission loss of optical fibers. One of the reasons is that by reducing the transmission loss of the optical fiber as an optical communication transmission line, the number of repeaters used in a long-distance optical communication system, for example, a submarine line cable can be reduced. This is because there is a great cost advantage in constructing and maintaining a communication system.
光ファイバの伝送損失を低減するためには、レイリー散乱損失の低減が有効である。レイリー散乱は、光ファイバの製造工程における透明ガラス化時のひずみや、局部的に生じる特性低下領域の影響で、ガラスネットワークに粗密(密度ゆらぎ)ができることで生じる。このガラスネットワーク構造の緩和を目的として、光ファイバ母材に熱間等方圧加圧法(Hot Isotropic Pressure:HIP)と呼ばれる高温加圧工程を施す手法が公知となっている(特許文献1)。HIP処理によれば、光ファイバ母材中のガラスネットワーク構造の緩和が進行するので、レイリー散乱損失が低下するとされている(非特許文献1)。 In order to reduce the transmission loss of the optical fiber, it is effective to reduce the Rayleigh scattering loss. Rayleigh scattering is caused by the formation of coarse density (density fluctuation) in the glass network due to the strain during transparent vitrification in the manufacturing process of the optical fiber and the influence of the characteristic deterioration region that occurs locally. For the purpose of relaxing the glass network structure, a method of subjecting an optical fiber base material to a high temperature pressurization step called a hot isostatic pressure (HIP) is known (Patent Document 1). According to the HIP treatment, the Rayleigh scattering loss is reduced because the glass network structure in the optical fiber base material is relaxed (Non-Patent Document 1).
従来検討されているHIP処理は、いずれもが、光ファイバ母材におけるHIP処理に関するものである。このHIP処理によって、光ファイバ母材におけるガラスネットワーク構造の緩和とそれによるレイリー散乱損失の低減は実現できると考えられる。 All of the HIP treatments conventionally studied relate to the HIP treatment in the optical fiber base material. It is considered that this HIP treatment can realize relaxation of the glass network structure in the optical fiber base material and thereby reduction of Rayleigh scattering loss.
しかしながら、光ファイバは、一般的に光ファイバ母材の一端部を加熱炉にて加熱溶融し、そこから鉛直下方に引き出す線引き工程を行うことによって製造される。線引き工程において、光ファイバ母材は、2000℃程度まで加熱される。したがって、光ファイバ母材において行ったHIP処理よるガラスネットワーク構造の緩和効果は、線引き工程におけるこのような高温処理で何らかの影響を受けると考えられるが、従来検討はされていなかった。 However, an optical fiber is generally manufactured by heating and melting one end of an optical fiber base material in a heating furnace and drawing a line vertically downward from the heating furnace. In the drawing step, the optical fiber base material is heated to about 2000 ° C. Therefore, it is considered that the relaxation effect of the glass network structure by the HIP treatment performed on the optical fiber base material is affected by such a high temperature treatment in the wire drawing process, but it has not been studied in the past.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、伝送損失が低減された光ファイバの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical fiber in which transmission loss is reduced.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、コア部と前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを備える光ファイバ母材を100MPa以上2000MPa以下で加圧しながら1800度未満に加熱する高温加圧工程と、前記高温加圧工程を施した光ファイバ母材の一端部を1800度以上に加熱して溶融し、900m/分以上の線引き速度で光ファイバを引き出す線引き工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the method for manufacturing an optical fiber according to one aspect of the present invention uses an optical fiber base material including a core portion and a clad portion formed on the outer periphery of the core portion. A high-temperature pressurization step of heating to less than 1800 ° C while pressurizing at 100 MPa or more and 2000 MPa or less, and one end of the optical fiber base material subjected to the high-temperature pressurization step are heated to 1800 ° C or higher to melt and 900 m / min or more. It is characterized by including a drawing step of drawing out an optical fiber at the drawing speed of.
本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記コア部はゲルマニウムまたは塩素を含むことを特徴とする。 The method for producing an optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the core portion contains germanium or chlorine.
本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記コア部はアルカリ金属を含むことを特徴とする。 The method for producing an optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the core portion contains an alkali metal.
本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記クラッド部はフッ素を含むことを特徴とする。 The method for producing an optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the clad portion contains fluorine.
本発明によれは、伝送損失が低減された光ファイバ光ファイバを製造できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that an optical fiber optical fiber having a reduced transmission loss can be manufactured.
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書において特に定義しない用語については、G.650.1およびG.650.2における定義、測定方法に従うものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in each drawing, the same or corresponding components are appropriately designated by the same reference numerals. In addition, for terms not specifically defined in the present specification, G.I. 650.1 and G.M. The definition and measurement method in 650.2 shall be followed.
本発明者らは、HIP処理よるガラスネットワーク構造の緩和を行った光ファイバ母材を、光ファイバを線引きするために加熱すると、高温となるためにガラスネットワーク構造の緩和効果が低下すると考えた。そこで、線引きの際には900m/分以上の高速の線引き速度で光ファイバを引き出すことによって、HIP処理よるガラスネットワーク構造の緩和効果の低減を抑制し、光ファイバにおいてもレイリー散乱損失が低減され、伝送損失の低減を好適に実現できることに想到し、本発明を成したものである。 The present inventors considered that when an optical fiber base material whose glass network structure has been relaxed by HIP treatment is heated to draw an optical fiber, the temperature rises and the relaxation effect of the glass network structure decreases. Therefore, by drawing out the optical fiber at a high drawing speed of 900 m / min or more at the time of drawing, the reduction of the relaxation effect of the glass network structure due to the HIP treatment is suppressed, and the Rayleigh scattering loss is also reduced in the optical fiber. The present invention has been made with the idea that reduction of transmission loss can be suitably realized.
図1は、実施形態に係る光ファイバの製造方法のフロー図である。本フローでは、はじめに、ステップS101において、コア母材を準備するコア母材準備工程を行う。つづいて、ステップS102において、コア母材を延伸するコア母材延伸工程を行う。つづいて、ステップS103において、延伸したコア母材を用いて光ファイバ母材を作製する光ファイバ母材作製工程を行う。つづいて、ステップS104において、光ファイバ母材を高温加圧する光ファイバ母材高温加圧工程(光ファイバ母材HIP工程)を行う。つづいて、ステップS105において、HIP工程を行った光ファイバ母材を用いて光ファイバを線引きする光ファイバ線引き工程を行う。つづいて、ステップS106において、線引きした光ファイバに被覆層を形成する被覆層形成工程を行う。 FIG. 1 is a flow chart of a method for manufacturing an optical fiber according to an embodiment. In this flow, first, in step S101, the core base material preparation step for preparing the core base material is performed. Subsequently, in step S102, a core base material stretching step of stretching the core base material is performed. Subsequently, in step S103, an optical fiber base material manufacturing step of manufacturing an optical fiber base material using the stretched core base material is performed. Subsequently, in step S104, an optical fiber base material high temperature pressurization step (optical fiber base material HIP step) for pressurizing the optical fiber base material at a high temperature is performed. Subsequently, in step S105, an optical fiber drawing step of drawing the optical fiber using the optical fiber base material subjected to the HIP step is performed. Subsequently, in step S106, a coating layer forming step of forming a coating layer on the drawn optical fiber is performed.
以下、各工程について具体的に説明する。図2は、ステップS101のコア母材準備工程にて準備するコア母材の模式図であり、図2(a)が側面図、図2(b)が上面図である。コア母材の準備方法は、特に限定されないが、本実施形態では、コア母材10は、VAD(Vapor Axial Deposition)法を用いて作製された円柱状のガラス体であり、出発材1と、コア部2と、クラッド部3とを備えている。
Hereinafter, each step will be specifically described. 2A and 2B are schematic views of a core base material prepared in the core base material preparation step of step S101, where FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a top view. The method for preparing the core base material is not particularly limited, but in the present embodiment, the
出発材1は、円柱形状のものである。コア部2は、出発材1の外周に形成された円筒形状のものである。クラッド部3は、コア部2の外周に形成されており、コア部2よりも屈折率が低い円筒形状のものである。
The
出発材1は、VAD法を実行する際に、コア部2となるスートとクラッド部3となるスートとを堆積させるための部材であり、たとえば純石英ガラスからなる。
The starting
コア部2は、たとえば屈折率を高める添加物であるゲルマニウム(Ge)などを添加した石英系ガラスからなる。コア部2には、ゲルマニウムの代わりに塩素(Cl)やアルカリ金属を添加してもよい。また、コア部2には、ゲルマニウム、塩素、アルカリ金属を複数種添加してもよい。アルカリ金属は特に限定されないが、たとえばナトリウム(Na)やカリウム(K)である。塩素やアルカリ金属はガラスの粘度を低下させる効果がある。
The
クラッド部3は、たとえば屈折率を変化させる添加物を含まない純石英ガラスからなる。また、クラッド部3には、屈折率を低下させる添加物としてフッ素(F)を添加してもよい。
The
コア母材10は、VAD法によって、出発材1にコア部2となるスートとクラッド部3となるスートとを堆積させ、スートを脱水し、ガラス化することによって作製される。
The
つぎに、ステップS103の光ファイバ母材作製工程について説明する。光ファイバ母材作製工程では、公知の方法を用いたステップS102のコア母材延伸工程によって延伸したコア母材10を用いて光ファイバ母材を作製する。具体的には、OVD(Outside Vapor Deposition)法によって、延伸したコア母材10にスートを堆積させ、スートを脱水し、ガラス化することによって光ファイバ母材を作製する。スートをガラス化した部分は、延伸したコア母材10のクラッド部3と一体化し、クラッド部3とともに光ファイバ母材のクラッド部を構成する。光ファイバ母材の状態では、出発材1にもコア部2の添加物が拡散しており、コア部2の一部となっている。
Next, the process of manufacturing the optical fiber base material in step S103 will be described. In the optical fiber base material manufacturing step, an optical fiber base material is produced using the
なお、光ファイバ母材作製工程は、OVD法を用いたものに限られず、たとえば延伸したコア母材10を、クラッド部3と同じ材料からなるガラス管に挿入し、両者を加熱一体化する方法を用いてもよい。この場合、ガラス管がクラッド部3と一体化し、クラッド部3とともに光ファイバ母材のクラッド部を構成する。
The optical fiber base material manufacturing step is not limited to the one using the OVD method. For example, a method in which a stretched
また、コア母材準備工程において、出発材1およびコア部2のみを有するコア母材を準備し、光ファイバ母材作製工程において光ファイバ母材の全てのクラッド部を形成してもよい。
Further, in the core base material preparation step, a core base material having only the starting
つぎに、ステップS104の光ファイバ母材HIP工程について説明する。光ファイバ母材HIP工程では、るつぼ内に光ファイバ母材を投入し、たとえばアルゴンガスを用いて光ファイバ母材を加熱および加圧しながら一定時間維持する。加圧はたとえば100MPa以上2000MPa以下の圧力とする。加熱は光ファイバ母材が溶融しない温度とするが、たとえば1800度未満の適正な温度とする。これによって光ファイバ母材内でのガラスネットワーク構造の緩和が行われる。その後、るつぼ内の冷却と減圧とを行い、常温常圧に戻した後、光ファイバ母材を取り出す。光ファイバ母材HIP工程は、公知のHIP装置、たとえば神戸製鋼所社製 SYSTEM20Jを用いて実行できる。 Next, the optical fiber base material HIP step of step S104 will be described. In the optical fiber base material HIP step, the optical fiber base material is put into a crucible, and the optical fiber base material is maintained for a certain period of time while being heated and pressurized using, for example, argon gas. The pressurization is, for example, a pressure of 100 MPa or more and 2000 MPa or less. The heating is set to a temperature at which the optical fiber base material does not melt, but is set to an appropriate temperature of less than 1800 degrees, for example. As a result, the glass network structure in the optical fiber base material is relaxed. After that, the inside of the crucible is cooled and depressurized, the temperature is returned to normal temperature and pressure, and then the optical fiber base material is taken out. The optical fiber base material HIP process can be performed using a known HIP apparatus, for example, SYSTEM20J manufactured by Kobe Steel, Ltd.
つぎに、ステップS105の光ファイバ線引き工程およびステップS106の被覆層形成工程について説明する。図3は、光ファイバ線引き工程および被覆層形成工程を行うための光ファイバの製造装置の模式図である。この製造装置100は、ヒータ101と、樹脂塗布装置102と、紫外線照射装置103と、ガイドロール104と、巻取装置105と、を備えている。
Next, the optical fiber drawing step of step S105 and the coating layer forming step of step S106 will be described. FIG. 3 is a schematic view of an optical fiber manufacturing apparatus for performing an optical fiber drawing step and a coating layer forming step. The
ヒータ101は、HIP処理を行った光ファイバ母材20の一端部を加熱溶融するために不図示の線引炉に設けられている。樹脂塗布装置102は、光ファイバ母材20から引き出されたガラスからなる光ファイバ30の外周に紫外線硬化樹脂を塗布するダイスを備える装置である。樹脂塗布装置102は、たとえば被覆層としてプライマリ層とセカンダリ層との2層構造の被覆層を形成できるように、プライマリ層用の紫外線硬化樹脂とセカンダリ層用の紫外線硬化樹脂とを重ねて塗布できるように構成されている。紫外線照射装置103は、光ファイバ30の外周に塗布された樹脂に紫外線を照射して硬化させ、被覆層とする装置である。紫外線照射装置103は、半導体発光素子や水銀ランプ等の紫外線光源を備えている。ガイドロール104は、被覆層を形成された光ファイバ40を巻取装置105にガイドする。巻取装置105は、光ファイバ40を巻き取るボビンを備える装置である。ボビンの回転速度によって、光ファイバ30および40の線引き速度が変更される。
The
ヒータ101にて光ファイバ母材20の一端部を1800度以上に加熱して溶融し、巻取装置105にて900m/分以上の線引き速度で、ガラスからなる光ファイバ30を引き出す。そして、樹脂塗布装置102にて、ガラスからなる光ファイバ30に樹脂を塗布し、紫外線照射装置103にて硬化することで、被覆層を形成する。
One end of the optical
ここで、900m/分以上の高速の線引き速度で光ファイバ30を引き出すことによって、光ファイバ母材20に対するHIP処理よるガラスネットワーク構造の緩和効果が大きく低下してしまう前に光ファイバ30を形成する。その結果、光ファイバ30においても緩和効果が維持されるので、製造された光ファイバ40は伝送損失が低減されたものとなる。
Here, by drawing out the optical fiber 30 at a high drawing speed of 900 m / min or more, the optical fiber 30 is formed before the relaxation effect of the glass network structure by the HIP treatment on the optical
なお、一般的には、光ファイバの線引き速度は、低速であるほど仮想温度が低くなり、レイリー散乱が低減できると考えられている。そこで、本実施形態における線引き速度については、HIP処理の効果の維持と、仮想温度の低減による効果との両方を勘案して、所望の伝送損失が得られるように設定することが好ましい。 In general, it is considered that the lower the drawing speed of the optical fiber, the lower the virtual temperature, and the Rayleigh scattering can be reduced. Therefore, it is preferable to set the drawing speed in the present embodiment so as to obtain a desired transmission loss in consideration of both the maintenance of the effect of the HIP processing and the effect of reducing the virtual temperature.
また、たとえばコア部2にアルカリ金属、たとえばカリウムが添加され、クラッド部3にフッ素が添加されている場合、コア部2の仮想温度が低くなるため、コア部2に圧縮応力、クラッド部3に引張応力が発生している状態とすることができる。そのため、光ファイバ母材に対するHIP処理の効果を、線引き後の光ファイバのコア部においても、より一層維持しやすいと考えられる。光ファイバの伝送損失の低減のためには、特にコア部におけるレイリー散乱損失の低減が重要なので、コア部2に圧縮応力が発生している方が好ましい。
Further, for example, when an alkali metal, for example, potassium is added to the
(実施例1)
実施例1として、ITU−T G.652に準拠するシングルモード光ファイバを製造した。場合VAD装置を用いて、添加物を含まないシリカスートを作製した。このスートを脱水・ガラス化装置において塩素を添加しつつ脱水・ガラス化し、透明ガラス化したコア母材を作製した。このコア母材を光ファイバ母材におけるコア部とすべく、ゲルマニウムを添加した。これにより、コア母材の純シリカガラスに対する比屈折率差Δを0.35%とした。このコア母材に対してシリカスートの外付けを行った。コア母材に外付けされたシリカスートをガラス化することにより、クラッド部を形成した。こうして作製した光ファイバ母材に対して、神戸製鋼所社製のHIP装置 SYSTEM20Jを用いてHIP処理を行った。具体的には、るつぼ内に光ファイバ母材を投入し、アルゴンガスを用いて1500℃まで加熱するとともに、150MPaまで加圧して2時間維持した後、るつぼ内の冷却と減圧とを行い、常温常圧に戻してから光ファイバ母材を取り出した。つづいて、図2に示す構成の装置を用いて、光ファイバ母材から光ファイバを製造した。具体的には、光ファイバ母材の下端を1900℃まで加熱し、線引き速度を900m/minとして線引きを行って光ファイバを製造した。製造した光ファイバは、波長1.55μmでの光の伝送損失が0.166dB/kmであった。
(Example 1)
As Example 1, ITU-T G.M. A single mode optical fiber compliant with 652 was manufactured. A VAD device was used to make additive-free silica soot. This suit was dehydrated and vitrified while adding chlorine in a dehydrating and vitrifying apparatus to prepare a transparent vitrified core base material. Germanium was added so that this core base material could be used as the core portion of the optical fiber base material. As a result, the difference in specific refractive index Δ with respect to the pure silica glass of the core base material was set to 0.35%. A silica soot was externally attached to this core base material. A clad portion was formed by vitrifying the silica soot externally attached to the core base material. The optical fiber base material thus produced was subjected to HIP treatment using the HIP apparatus SYSTEM20J manufactured by Kobe Steel. Specifically, the optical fiber base material is put into the crucible, heated to 1500 ° C. using argon gas, pressurized to 150 MPa and maintained for 2 hours, and then the inside of the crucible is cooled and depressurized at room temperature. After returning to normal pressure, the optical fiber base material was taken out. Subsequently, an optical fiber was manufactured from the optical fiber base material by using the apparatus having the configuration shown in FIG. Specifically, the lower end of the optical fiber base material was heated to 1900 ° C., and the drawing was performed at a drawing speed of 900 m / min to manufacture an optical fiber. The manufactured optical fiber had a light transmission loss of 0.166 dB / km at a wavelength of 1.55 μm.
(実施例2〜6、比較例1〜3)
実施例2〜6として、実施例1と同様の工程で光ファイバを製造した。ただし、実施例2〜6では、コア部およびクラッド部に対する添加物、HIP処理における温度や圧力、線引き速度を適宜変更した。また、比較例1〜3では、HIP処理を行わない以外は実施例2〜6のいずれかと同様の工程で光ファイバを製造した。実施例1〜6、比較例1〜3における製造条件と製造した光フィアバの伝送損失とを表1に示す。表1に示すように、HIP処理を行った実施例1〜6の伝送損失は、比較例1〜3の伝送損失よりも低かった。また、実施例1〜6については、HIP処理における温度が高いほど、圧力が高いほど、または線引き速度が高いほど伝送損失が低かった。また、実施例6のようにコア部にカリウムを添加した場合、同じHIP温度、HIP圧力、線引き速度である実施例1、2よりも伝送損失が低かった。
(Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 3)
As Examples 2 to 6, an optical fiber was manufactured in the same process as in Example 1. However, in Examples 2 to 6, the additives for the core portion and the clad portion, the temperature and pressure in the HIP treatment, and the drawing speed were appropriately changed. Further, in Comparative Examples 1 to 3, the optical fiber was manufactured in the same process as in any of Examples 2 to 6 except that the HIP treatment was not performed. Table 1 shows the production conditions and the transmission loss of the produced optical fiaver in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. As shown in Table 1, the transmission loss of Examples 1 to 6 subjected to the HIP treatment was lower than the transmission loss of Comparative Examples 1 to 3. Further, in Examples 1 to 6, the higher the temperature, the higher the pressure, or the higher the drawing speed in the HIP treatment, the lower the transmission loss. Further, when potassium was added to the core portion as in Example 6, the transmission loss was lower than in Examples 1 and 2 having the same HIP temperature, HIP pressure, and drawing speed.
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
1 出発材
2 コア部
3 クラッド部
10 コア母材
20 光ファイバ母材
30、40 光ファイバ
100 製造装置
101 ヒータ
102 樹脂塗布装置
103 紫外線照射装置
104 ガイドロール
105 巻取装置
1 Starting
Claims (4)
前記高温加圧工程を施した光ファイバ母材の一端部を1800度以上に加熱して溶融し、900m/分以上の線引き速度で光ファイバを引き出す線引き工程と、
を含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。 A high-temperature pressurizing step of heating an optical fiber base material having a core portion and a clad portion formed on the outer periphery of the core portion to less than 1800 ° C. while pressurizing at 100 MPa or more and 2000 MPa or less.
A wire drawing step of heating one end of the optical fiber base material subjected to the high temperature pressurization step to 1800 degrees or more to melt it and drawing out the optical fiber at a drawing speed of 900 m / min or more.
A method for manufacturing an optical fiber, which comprises.
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