JP4302367B2 - Optical fiber drawing method and drawing apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに用いられる光ファイバの線引き方法及び線引き装置、並びに、光ファイバの製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバの需要の拡大に対応して、光ファイバの生産量の拡大、それに伴う価格の低減の要求が強くなっており、そのために光ファイバ母材の大型化と線引き速度の高速化が図られている。
【０００３】
また、同時に伝送特性の向上も強く要求されるようになり、伝送損失の低減についての要求が強く望まれている。特に、現在広く用いられている波長１．３μｍ付近にゼロ分散波長を有する標準シングルモード光ファイバ（Ｓ-ＳＭＦ）や、波長１．５５μｍ付近にゼロ分散波長を有する分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）、波長１．５５μｍ付近で微小分散を有する光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）などの、主に光伝送線路を構成する光ファイバでは、伝送損失を低減することが重要課題となっている。
【０００４】
光ファイバの伝送損失は、光ファイバ母材を形成するまでの工程、光ファイバ母材を線引きして光ファイバを得る工程、線引きされた光ファイバに被覆を施す工程などの各工程に依存する。
【０００５】
このうち、特に線引き工程では、線引き炉を出た後の光ファイバを急冷すると伝送損失が増大するため、線引き炉を出た後の光ファイバを再加熱して伝送損失を低減する技術が開発されている。
例えば、特開昭６０−１８６４３０号公報には、線引炉を出た後の光ファイバを、６００℃以上でかつ光ファイバ母材の軟化温度以下となるように再加熱して、光ファイバにおける原子レベルの欠陥を少なくする技術が開示されている。
【０００６】
この技術により光ファイバの伝送損失を低くすることは可能であるが、更に光ファイバの伝送損失を極限まで低くするためにレイリー散乱係数を小さくする研究が進められ、ガラスが固まる温度（仮想温度）が高くなるとレイリー散乱係数が大きくなることが知見され、この知見に基づきレイリー散乱係数を大きくしないために光ファイバを徐冷する技術が提案されている。
【０００７】
光ファイバを徐冷する技術としては、特開２０００−３３５９３３号、特開２０００−３３５９３４号、特開２０００−３３５９３５号の各公報に記載されているが、これらの技術は、伝送損失のうち、レイリー散乱項を低減する目的で、線引き炉の下に徐冷用加熱炉を設けることを前提としている。
すなわち、特開２０００−３３５９３３号公報には、線引きされた光ファイバが、光ファイバの温度が１３００〜１７００℃の範囲のうち５０℃以上の温度差となる区間を１０００℃／秒以下の冷却速度で冷却すること、およびこの条件を満足するために徐冷用加熱炉を用いることが提案されている。
【０００８】
また、特開２０００−３３５９３４号公報には、線引きされた光ファイバが、線引き炉から出た後、大気により空冷されてから徐冷用加熱炉に入り、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲の温度となるように加熱する徐冷用加熱炉を用いることが提案されている。また、上記温度範囲は１３００〜１６００℃の範囲が望ましいと記載されている。
【０００９】
特開２０００−３３５９３５号には、線引き炉に熱伝導率の良い第１ガス（Ｈｅなど）を用い、徐冷用加熱炉には線引き炉に供給するガスよりも熱伝導率の小さいガス（窒素ガスなど）を供給することが提案されている。
【００１０】
一方、特開２００１−１６３６３２号公報にはメインヒータと補助ヒータとを有する光ファイバ製造装置が開示されている。ここで開示されている発明は、線引中に急峻にテンションを変えることで分散特性（正分散から負分散、あるいはその逆に変える）を長手で急峻に変えることを目的としている。急峻に変化できないと、変化中に分散がゼロに近い状態となる区間が長くなり、非線形現象（四波混合）が起こり波形劣化が起こり長距離伝送が出来なくなるためである。このため、この公報では、テンションを短時間で変える工夫としてメインヒータに加えて、補助ヒータや炉内に供給するガスにより炉体下部の熱容量を変える技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開２０００−３３５９３３号公報および特開２０００−３３５９３４号公報に開示された技術は、線引き炉と徐冷用加熱炉との間に隙間を設け、光ファイバを積極的に大気で冷却してから徐冷するため、光ファイバの表面に大気中のダストが高温のファイバに付着する可能性があり、光ファイバの強度を下げる可能性がある。また線引き炉内の雰囲気ガスを下方に流しているため、線引き中の光ファイバ母材に形成される溶融変形部の温度分布調整が難しく、溶融変形部における温度分布をなだらかにしたり、特定の部分を急峻にして粘性変形によるひずみや、徐冷による伝送損失を改善しようとする技術については何等考慮されていない。溶融変形部に残留したひずみ（線引きテンションとガラスの粘度、温度履歴に依存する）は、光ファイバの伝送損失の増大につながるため、伝送損失の低減のためには必ず解決しなければならない課題の１つである。
【００１２】
また、特開２０００−３３５９３３号公報乃至特開２０００−３３５９３５号公報に開示された技術は、線引き加熱炉にＨｅガスなどの熱伝導率の良いガスを導入し、線引き炉から出る光ファイバの温度を上げることが示されているが、こうすると、同じ線引き張力を得るためには、線引き炉の炉温を上げなければならなくなる可能性もあり、屈折率分布を付与するために添加される添加物により、例えばコアとクラッドとの熱膨張係数差によるひずみを多く受けることや、ガラスの固化する温度（仮想温度と云う）が高くなるために伝送損失が増大する懸念がある。
【００１３】
さらに、特開２００１−１６３６３２号公報に記載された発明では、補助ヒータは線引き張力を低くする時に加熱し、線引き張力を高める時には加熱を止めている。そしてこの効果を効率的にするために補助ヒータ部の熱容量を小さくする必要があり、そのために、ヒータや断熱材を極力小さくし熱容量を小さく（明細書に記載の実施例からも明らかなように補助ヒータの電力量は５ｋＷ）している。このため、広い領域を安定に加熱できる熱容量ではなく、線引中の温度分布が変動しやすく、従って溶融変形部が変動しやすく、徐冷過程を安定させ難いので実用化は困難である。
【００１４】
そこで、本発明では、光ファイバの伝送損失を十分低下させることが可能な光ファイバの線引き方法を提供することを目的とし、また当該目的を達成するための光ファイバの線引き装置を提供することをあわせて目的とする。また、光ファイバの伝送損失を十分低下させることが可能な光ファイバの製造方法、及び、光ファイバの製造装置を提供することもあわせて目的とする。
【００１５】
本発明によれば、以下の手段が提供される。すなわち、本発明は、
（１）光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融して形成される溶融変形部（メニスカス部をいう。以下同様）の先端に張力を加えて線引きする光ファイバの線引き方法であって、
前記加熱炉は１つの加熱炉内に少なくとも２つのヒートゾーンが形成されており、第１ヒートゾーンを形成する第１ヒータと、前記第１ヒートゾーンの下方に配置され、第２ヒートゾーンを形成する第２ヒータと、前記第１ヒータおよび第２ヒータの外側に設けられた断熱材と、光ファイバ母材を収容する炉心管を有し、
前記炉心管は、前記第１ヒータの内側に配置される太径部と、前記第２ヒータの内側に配置される細径部と、を有し、
前記第１ヒートゾーンは、前記第１ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記炉心管の前記細径部の上端までの領域であり、
前記第２ヒートゾーンは、前記第２ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記第２ヒータの下方に配置された前記断熱材の上端までの領域であり、
前記溶融変形部が、前記少なくとも２つのヒートゾーンで形成され、
前記第２ヒートゾーンの長さは第１ヒートゾーンの長さと同じかそれ以上の長さであり、
前記第１ヒートゾーンを形成するヒータの下端と第２ヒートゾーンを形成するヒータの上端との距離が１００ｍｍ以上６００ｍｍ以下であり、
前記第１ヒートゾーンの温度に対して第２ヒートゾーンの温度を低く設定し、第２ヒートゾーンの温度を６００℃以上１８００℃以下の所定の温度に制御して線引きを行うことを特徴とする光ファイバの線引き方法、
（２）前記第２ヒートゾーンに対応する溶融変形部の最大の径を２ｍｍ以下とすることを特徴とする（１）記載の光ファイバの線引き方法、
（３）前記第２ヒートゾーンに対応する溶融変形部の最大の径を０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする（１）記載の光ファイバの線引き方法、
（４）前記第２ヒートゾーンに対応する加熱範囲に溶融変形部が完全に固まり光ファイバとなる部分が含まれていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法、
（５）少なくとも第２ヒートゾーンにはガス予熱流路があり、前記ガス予熱流路を通過した予熱ガスを前記光ファイバ母材がある雰囲気内に供給することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法、
（６）前記予熱ガスがヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と窒素の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と可燃限界以下の濃度の水素の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と可燃限界以下の濃度の重水素の混合ガス、アルゴン（Ａｒ）と可燃限界以下の濃度の水素の混合ガス、又は、アルゴン（Ａｒ）と可燃限界以下の濃度の重水素の混合ガスであり、前記予熱ガスを加熱炉の上方及び／又は下方に流すことを特徴とする（５）記載の光ファイバの線引き方法、
（７）前記ガス予熱流路がヒータの雰囲気と隔離されていることを特徴とする（５）又は（６）記載の光ファイバの線引き方法、
（８）前記加熱炉内にある溶融変形部の最も速い冷却速度を４０００℃／ｓ以下とすることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法、
（９）光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融し、溶融して形成される溶融変形部の先端に張力を加えて線引きする光ファイバの線引き装置であって、
前記加熱炉は１つの加熱炉内に少なくとも２つのヒートゾーンが形成されており、第１ヒートゾーンを形成する第１ヒータと、前記第１ヒートゾーンの下方に配置され、第２ヒートゾーンを形成する第２ヒータと、前記第１ヒータおよび第２ヒータの外側に設けられた断熱材と、光ファイバ母材を収容する炉心管を有し、
前記炉心管は、前記第１ヒータの内側に配置される太径部と、前記第２ヒータの内側に配置される細径部と、を有し、
前記第１ヒートゾーンは、前記第１ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記炉心管の前記細径部の上端までの領域であり、
前記第２ヒートゾーンは、前記第２ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記第２ヒータの下方に配置された前記断熱材の上端までの領域であり、
前記第１ヒータと第２ヒータは、独立に温度制御可能であり、
前記溶融変形部が前記少なくとも２つのヒートゾーンで形成されるように、前記第２ヒートゾーンの長さが、前記第１ヒートゾーンの長さと同じかそれ以上であり、前記第１ヒートゾーンの下端と第２ヒートゾーンの上端との距離が１００ｍｍ以上６００ｍｍ以内であり、第１ヒートゾーンのヒータを１７００℃〜２３００℃の範囲に設定して加熱し、第２ヒートゾーンのヒータを６００℃〜１８００℃の範囲に設定して加熱する
ことを特徴とする光ファイバの線引き装置、
を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示した実施形態により詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施形態を示す説明図であり、１は加熱炉で、該加熱炉１は上部に第１ヒートゾーン１１と、その下部に第２ヒートゾーン１２とが配置されている。第１ヒートゾーン１１は、第一ヒータ４（カーボン）、及び、前記ヒータの外側に設けた断熱材５（カーボン繊維やカーボンフェルトの成形体）で構成されている。上部線引炉２は、第一ヒータ４、断熱材５、並びに、カーボンからなる炉心管３で構成されている。第２ヒートゾーン１２は、第二ヒータ８（カーボン）、及び、前記ヒータの外側に設けた断熱材９（カーボン繊維やカーボンフェルトの成形体）で構成されている。下部線引炉６は、第二ヒータ８、断熱材９、並びに、石英ガラス、ＳｉＣ又はカーボンからなる炉心管７（前記炉心管３よりも縮径されている）で構成され、前記上部線引炉２の下方に設けられている。ここで、第一ヒータ４及び第二ヒータ８は、独立に温度制御可能である。また、ヒータの周囲には空間が存在し、電気的な絶縁をとっている。
【００１７】
本発明において、第２ヒートゾーン１２は、主として溶融変形部の細い部分あるいは溶融温度以下で固まって外径の実質的に変化しない部分（光ファイバの部分）を所定の温度に管理し、あるいは所定の冷却温度とするために配置する。また第２ヒートゾーン１２部分は、溶融変形部が伸びるので、その部分の温度や温度勾配を調整し安定化するためには、第１ヒートゾーン１１と同じかそれ以上の長さとすることが好ましい。線引速度が１０００ｍ／分以上では第２のヒートゾーンを２つ以上のヒータで構成することが、ファイバの進行方向での温度分布を適正に調整できるためにより好適である。
【００１８】
図１に示す実施形態はガスを下方から上方に流すアッパーフロータイプであり、１０は冷却部兼ガス導入部で、該冷却部兼ガス導入部１０は断熱材からなる円筒状冷却部本体１６の内面が石英ガラス、ＳｉＣ又はカーボンからなる断熱カバー１７で覆われており、下部線引炉６から延長して伸びている炉心管７からなる光ファイバ通路を囲むように、配置されている。図中１４は炉心管３、７内に供給するガスを導入するガス導入通路で、該ガス導入通路１４は、冷却部兼ガス導入部１０の上方に設けたガス導入口１５から、下部線引炉６から延長して伸びている炉心管７の外周に伸び、該炉心管７の下端に達している。１８はガスが下方に流れるのを阻止するシャッターである。
【００１９】
炉内に供給されるガス（アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス）は図示するように、冷却部兼ガス導入部１０の上方に設けられたガス導入口１５から供給され、ガスは炉心管７と断熱カバー１７との間に設けたガス導入通路１４を通って下方に進む。この時ガスは炉心管７の熱を吸収して温められ、該ガスにより炉心管７から出たファイバを急冷しないようにしている。
【００２０】
温められたガスはシャッター１８により下方への排出を一部分を除き阻止されて炉心管７内を上方に進み、炉心管３を経て上部線引炉２の上方に設けたガス排出口２１から排出される。このようにガスを炉心管７、３内へ供給することにより炉心管内の圧力を制御し（０．０１Ｐａ〜数１０Ｐａ）、また、線引炉内への母材の導入時に大気を巻き込まないようにしている。
【００２１】
図において２６は光ファイバ保護筒で、該保護筒２６は前記冷却部兼ガス導入部１０の下方に設置され、石英ガラス又はカーボンからなる保護管２７、カーボン又はシリカ繊維の断熱材２８で構成されている。
【００２２】
３０は外径測定器で、前記保護筒２６の下部に配置されている。３６は外径測定器３０の下方に配置された光ファイバ冷却装置、４０は光ファイバ冷却装置３６を出た光ファイバに一次被覆を施すダイス、４１は被覆した樹脂を硬化させる紫外線照射装置、４６は一次被覆した光ファイバに二次被覆を施すダイス、４７は二次被覆樹脂を硬化させる紫外線照射装置、５０はキャプスタン、５６は巻取装置である。
【００２３】
本発明は、光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融して形成される溶融変形部の先端に張力を加えて線引きするもので、該加熱炉内にある、前記溶融変形部を冷却するに当り、溶融変形部の最も速い冷却速度を４０００℃／ｓ以下とすることが好ましい。また、溶融変形部の外径が１ｍｍ以下の部分、又は、実質的に溶融変形を終えた部分の最も速い冷却速度を４０００℃／ｓ以下とすることがさらに好ましい。溶融変形部の最も速い冷却速度は、さらに好ましくは、７５０℃／ｓ〜３０００℃／ｓである。
【００２４】
図１はまた光ファイバ母材から光ファイバを線引きしている状態を示すもので、図中６０は光ファイバ母材で、該光ファイバ母材６０は図示しない昇降装置により支持されて上部線引炉２の炉心管３内にセットされ、上部線引炉２の第一ヒータ４により形成される第１ヒートゾーン１１で加熱溶融され第一の溶融変形部６１を形成している。６３は第二の溶融変形部で、該第二溶融変形部６３は第一の溶融変形部６１から引き出され細径とされた溶融変形部を第一ヒータ４に対して独立して温度制御されている第二ヒータ８で形成される第２ヒートゾーン１２で加熱されることにより形成される。第１、第２のヒートゾーンは複数のヒータで構成しても良い。特に第２ヒートゾーン１２は長くなるので、２つ以上のヒータを用いてファイバの進行方向に沿って温度分布を調節できるためにより好適である。
【００２５】
第二溶融変形部６３から引き出された光ファイバは冷却部兼ガス導入部１０、光ファイバ保護筒２６で徐冷され、外径測定器３０で外径を測定され、外径測定器３０の測定データはキャプスタン５０、またはキャプスタン５０と母材の昇降装置、更に、上部、下部ヒートゾーンの温度にフィードバックされて線径を一定に保持するようにして線引きされ、その後、一次被覆、二次被覆が施されてキャプスタン５０で引き取られたのち巻取装置５６に巻き取られる。
本発明に用いられる光ファイバの被覆は特に制限されるものではないが、例えば紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、熱硬化樹脂等による被覆が挙げられる。これらの被覆材は、従来用いられている被覆装置を適宜用いて、光ファイバに被覆することができる。
【００２６】
図１に示す加熱炉１において、上部線引炉２で形成される第１ヒートゾーン１１は光ファイバ母材６０の太い部分を加熱溶融し、第一溶融変形部６１の形状を制御し整える役割を主として果たす。第１ヒートゾーン１１とは独立して温度制御される下部線引炉６で形成される第２ヒートゾーン１２は第一溶融変形部６１から引き出され、細径となったメニスカス（外径が数ｍｍ〜０．数ｍｍ、好ましくは最大の径が２ｍｍ以下、さらに好ましくは最大の径が０．５ｍｍ以下）を加熱し第二溶融変形部６３を形成し、その形状を制御し整える。
【００２７】
この時、第二溶融変形部６３を形成し、その形状を整えるために加熱する第２ヒートゾーン１２の第二ヒータ８の温度は、該下部線引炉６を通過するメニスカス（母材）の温度よりも低い温度、好ましくは６００℃〜１８００℃、さらに好ましくは６００℃〜１６００℃に設定する。この様に所定の温度に制御して線引きを行う事により、溶融変形部の細い部分（特に外径数ｍｍ以下の所）の溶融変形部分の冷却速度を従来炉よりも小さくできる。また第２ヒートゾーン１２により溶融変形部だけでなく外径が実質的に変化しない（外径変化が０．１μｍ以下から０）所を超えて冷却速度を調整でき管理できる。このような機能を第２ヒートゾーン１２に付与するには該第２ヒートゾーン１２の長さを第１ヒートゾーン１１の長さに合わせるかそれより長くすることが必要である。好ましくは、光ファイバ母材６０の固化温度（シリカで１２００℃程度）まで、完全に固まり光ファイバとなった所まで、線引炉内に滞在させるもので、そのことにより、レイリー散乱による伝送損失を低減できる。
【００２８】
別の実施形態において、加熱炉１の第１ヒートゾーン１１は光ファイバ母材６０の太い部分を加熱溶融し太い部分のメニスカスを形成する第一溶融変形部６１の形状を制御し整える役割を主として果たす。また、第２ヒートゾーン１２は第一溶融変形部６１から引き出され、母材外径が０．５ｍｍ以下に細径となったメニスカスを加熱し、第二溶融変形部６３の形状を制御し整える。
線速やテンションに依存するが、線速３００ｍ／ｍｉｎから１４００ｍ／ｍｉｎの範囲では第１ヒートゾーン１１の下端と第２ヒートゾーン１２の上端の間隔は１００ｍｍから６００ｍｍ程度とすると、第２ヒートゾーン１２で主として加熱する溶融変形部の範囲を比較的細い所に限定でき、溶融変形部の最大径が０．５ｍｍ以下となる位置にヒータを配置し、加熱することができる。
【００２９】
また、第二溶融変形部６３を形成し、その形状を整えるために加熱する第２ヒートゾーン１２の温度は、下部線引炉６内を通過する母材の温度よりも低い温度とする。この温度は線引速度や第１、第２ヒートゾーンの距離や各ヒータの長さ、線引テンション等に依存し、適正値が選定されるが、例えば、第１ヒートゾーンのヒータを１７００℃〜２３００℃の範囲に設定し加熱するときには、第２ヒートゾーンのヒータを６００〜１８００℃の範囲に設定する。この様に第２ヒートゾーンを設定する事により、従来２つ以上のヒートゾーンを持つ線引炉の場合には、溶融変形部全体が大きく伸び母材のロスとなり線引長が稼げない問題があったが、本発明では溶融変形部の径（メニスカス径をいう、以下同様）が０．５ｍｍ以下の溶融変形部を加熱することにより、母材のロスを低減できると共に、溶融変形部の径が０．５ｍｍ以下の部分の冷却速度を特に小さくできる。また、これにより伝送損失も改善できる。また、好ましくは、第２ヒートゾーンに対応する加熱範囲に溶融変形部の終端部（固化部）が含まれているものである。
【００３０】
この実施形態では、溶融変形部の径が０．５ｍｍの場合、溶融変形部の最高温度は１５００℃〜１７００℃に対応し、溶融変形部の終端部（固化点）では１４００℃から１６００℃に対応する。溶融変形部の温度は、ジャーナル・オブ・ライトウエウェーブ・テクノロジー（Journal of Lightwave Technology）Vol.12, No.3, March 1994に記載の式を用いて計算で求めた。また、第２ヒートゾーンのヒータを溶融変形部の最大の径が０．５ｍｍ以下となる位置に配置した事により、第２ヒートゾーンのヒータ長が比較的短くても（約２５０ｍｍから５００ｍｍ）前記溶融変形部範囲、更に固化点以降の光ファイバの範囲までの冷却速度を調整でき冷却速度を管理できる。また、好ましくは、光ファイバ母材６０のコアの軟化温度（シリカでは１２００℃程度）まで、即ちミクロなガラス構造の変化の起きない温度まで、線引炉内に滞在できるようにする事により、レイリー散乱による伝送損失を低減できる。また、加熱炉内にある記溶融変形部を冷却するに当り、溶融変形部の最も速い冷却速度を４０００℃／ｓ以下とすることが好ましい。
【００３１】
また別の好ましい形態としては、コアの軟化温度または９００℃程度までを加熱炉１の下部に設けた光ファイバ保護筒２６内にあるようにしたものである。これは、光ファイバの大気による急冷を防止するためである。また光ファイバが高温で大気中のダストとの付着する機会を著しく低減するためである。従って光ファイバ保護筒２６は保温構造か加熱構造でかつ、ガスパージを行うなどして内部がクリーンとなるように雰囲気を管理する事が好ましい。
【００３２】
また、２個のヒートゾーン１１，１２で加熱するために、主たる第１ヒートゾーン１１の最高加熱温度と電力量を低減でき、１．３８μｍ帯のＯＨ基による伝送損失を低減できると共に、第１ヒートゾーン１１近傍装置の劣化や加熱炉１自身の劣化を少なくできる。特にカーボン炉心管３や炉心管３の外側に配置する断熱材５や第一ヒータ４の寿命を長くできる。
【００３３】
下部線引炉６で形成される第２ヒートゾーン１２で形状を整えられ第二溶融変形部６３から引き出された光ファイバ素線６５は冷却部兼ガス導入部１０で外気から隔離された状態で温度が整えられる。冷却部兼ガス導入部１０により第２ヒートゾーン１２を出た光ファイバは急冷されるが、大気に出されて冷やさせるよりは遥にゆっくり冷却される。また、大気に触れさせないで冷却するので大気中のダストが光ファイバ素線６５に付着するようなこともない。次いで外径測定器３０で外径が測定される。外径測定器３０での測定データはキャプスタン５０あるいはキャプスタン５０と母材の昇降装置あるいは、第１、第２ヒートゾーン１１，１２の温度制御にフィードバックされて光ファイバ素線６５の線径が一定になるようコントロールされる。
【００３４】
外径測定器３０で外径を測定された光ファイバ素線６５は更に光ファイバ冷却装置３６で一次被覆（コーティング）に適した温度にまで冷却され、一次被覆用ダイス４０に通されて一次被覆が施され、紫外線照射装置４１で被覆樹脂を硬化し、次いで二次被覆用ダイス４６に通されて二次被覆が施され、紫外線照射装置４７で被覆樹脂を硬化し、キャプスタン５０にて引き取られ、巻取装置５６にて巻き取り、被覆ファイバ７０を完成する。
【００３５】
図１に示す線引炉による一つの線引き工程をより具体的に説明する。
線引装置の第一ヒータ４の容量を６０ｋＶＡ，第二ヒータ８の容量を２４ｋＶＡとし、該線引炉に大型の光ファイバ母材（大型母材：外径８０ｍｍ〜１４０ｍｍ）６０をセットし、大型母材６０を１９００℃〜２１００℃に温度設定した上部線引炉２に挿入し、その先端を溶融して伸ばし、太い所の第一溶融変形部６１を形成し、更に引き伸ばして第２ヒートゾーン１２に導入する。
【００３６】
第２ヒートゾーン１２は６００℃〜１８００℃に制御し、導入される母材の線径は２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲に調整し、第二の溶融変形部６３を形成する。第二溶融変形部６３を出た光ファイバ素線６５は前述したように外気から隔離され温度が整えられた冷却部兼ガス導入部１０の雰囲気で、第２ヒートゾーン１２よりも速い冷却速度で冷却される。次いで一次被覆、二次被覆を施されキャプスタン５０にて引き取られ、巻取装置５６に巻き取られる。
【００３７】
ここで、上部の第１ヒートゾーン１１で形成される第一溶融変形部６１の形状と線引き張力が下部の第２ヒートゾーン１２の温度によりどのように影響されるかを測定した。先ず、第１ヒートゾーン１１の温度を２０５０℃とし、下部線引炉６の第二ヒータ８をＯＦＦとした時は、第２ヒートゾーン１２が形成される中心部分の温度は１００℃〜３００℃で上部線引炉２からの温度の影響は殆ど受けず、この状態で大型の母材６０から外径１２５μｍの光ファイバ素線に引き落とすには、上記ヒータの条件では１．４７Ｎ（１５０ｇ）の張力が必要であり（なお、線引き張力は母材サイズが大きくなると張力も上がり、装置内に流すガスの流量によっても多少相違する）、この条件でＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）を５００ｍ／ｍｉｎで線引きした結果、得られた光ファイバの１．３μｍと１．５５μｍの伝送損失は０．３７６ｄＢ／ｋｍ、０．２０２ｄＢ／ｋｍであった。
【００３８】
そこで、下部線引炉６の第二ヒータ８を作動させ第２ヒートゾーン１２を６００℃まで加温したところ、線引き張力は１．１８Ｎ（１２０ｇ）となり、さらに温度を上げて１０００℃とすることにより０．５９Ｎ（６０ｇ）まで低減することができ、このとき第一溶融変形部６１から引き出された母材線径１ｍｍまでの所の長さが１００ｍｍ〜２００ｍｍに伸びた。このように、第２ヒートゾーン１２の温度を調整することにより第一溶融変形部６１の形状を下部線引炉６によりコントロールすることが可能となった。
【００３９】
そこで、第１ヒートゾーン１１の温度を２０５０℃から１８７０℃に下げ、第２ヒートゾーン１２の温度を６００℃〜１２００℃の範囲とし線引き張力を１．１８Ｎ（１２０ｇ）〜１．７６Ｎ（１８０ｇ）に調整し、第２ヒートゾーンに対応する第二溶融変形部６３の最大径を外径１ｍｍ以下としてＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）を製造した。得られたＤＳＦの１．３μｍと１．５５μｍの伝送損失は線引速度５００ｍ／ｍｉｎで０．３６７ｄＢ／ｋｍ、０．１９８ｄＢ／ｋｍであった。また、上記範囲で第２ヒートゾーン１２の温度を調整することで線速１０００ｍ／ｍｉｎまでほぼ同じ伝送損失で線引きすることができた。なお、実際に線速１０００ｍ／ｍｉｎで製造したＤＳＦの伝送損失は１．３μｍ、１．５５μｍでそれぞれ０．３７０ｄＢ／ｋｍ、０．１９９ｄＢ／ｋｍであった。
【００４０】
また、１．３８μｍ帯のＯＨ基による伝送損失は、従来の２０５０℃の線引条件に比べて、０．０１〜０．０２ｄＢ／ｋｍ減少できた。これは線引きの最高温度を１００℃以上低減できたためである。
【００４１】
上記本発明線引装置で製造した光ファイバの伝送損失の減少の原因を分析した結果、レイリー散乱項と構造不正のいわゆるＢ項ロスが改善されており、これは、同一張力で線引きした場合、本発明では第一ヒータ４の温度を下げることができたこと（上記実施形態では従来の温度から１８０℃低減できたこと）、第一溶融変形部６１と第二溶融変形部６３が伸びたこと、第二溶融変形部６３が伸びた所が十分に加熱できており、特に溶融変形部が数ｍｍ以下の部分の冷却速度を従来に比較して約６５％まで遅くできた｛５００〜１０００ｍ／分の線引速度で従来の１〜２℃／ｍｍ（４５００〜８３００℃／ｓ）から０．２３〜０．４６℃／ｍｍ（９６０〜１９２０℃／ｓ）｝こと等の改善がなされたためと考えられる。
【００４２】
また更に冷却部兼ガス導入部１０を設けたことで、溶融変形部が伸びたにもかかわらず、ファイバの曲がりやファイバ外径変動を小さくできたことも伝送損失の改善に大きく寄与していると考えられる。しかし、第一溶融変形部６１の長さが伸びることにより有効線引長が短くなるので、第二ヒータ８の温度は８００℃〜１４００℃の範囲とすることが好適である。
【００４３】
本発明では下部線引炉６の炉心管７の内径を可能な限り細くし（内径で３５ｍｍ〜１５ｍｍ）、第１ヒートゾーン１１からの熱の影響をできるだけ小さくし、２つのヒートゾーン１１、１２の温度干渉を小さくした。このように構成することにより、各ヒートゾーン１１、１２の温度制御性を改善することができる。
【００４４】
また、線引き張力を第２ヒートゾーン１２の温度をコントロールすることにより調整可能となり、第１ヒートゾーン１１の温度をそれ程上げることなく線速を上げても所望の線引き張力を得る事が可能である。これにより、１.３８μｍ帯のＯＨ基による伝送損失を線引速度が上がっても従来線引炉よりも大幅に改善できた。
【００４５】
更に、加熱炉１内に流すガスの流量（アッパーフロー、ダウンフロー共）により溶融変形部の温度が変わる恐れがあり、この温度変化が線引き張力に微妙に影響するため、従来はメインの炉温を調整する必要があったが、本発明では第１ヒートゾーン１１の温度を変えることなく第２ヒートゾーン１２の温度調整で即座に対処でき、ガス供給条件による伝送損失の増加を抑制できた。
【００４６】
図２は本発明の第二の実施形態を示すのもで、図１に示す部分と同一の部分は同一の符号を付け、その説明は省略する。
図２に示す第二の実施形態は線引炉２内に導入するガスを上から下に流すダウンフロータイプとした点で前記第一の実施形態と相違している。また、第２ヒートゾーンが２つのヒータ８ａ、８ｂで構成されており、前記第１の実施形態に対して比較的長い範囲をを加熱できる。更に、ファイバの進行方向に沿って温度分布を調節することもできる。第２ヒートゾーンを構成する２つのヒータ８ａ、８ｂの間に断熱材等による区切りは無い。
【００４７】
即ち、この実施形態においては、炉内に供給されるガス（アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス）は図示するように、上部線引炉２の上部に設けたガス導入口２０から供給される。導入されるガスはシャッター１９で上方への流れが十分に阻止され、炉心管７内を下方に進み、炉心管３を経て下部線引炉６の下方から排出される。このようにガスを炉心管３、７内へ供給することにより炉心管内の圧力を制御し（数Ｐａ〜数１０Ｐａ）、また、上部線引炉２内への母材６０の導入時に大気を巻き込まないようにしている。
【００４８】
図２に示す加熱炉において、上記第一実施形態の具体例と同一の線引条件で、即ち、線引き速度を５００ｍ／ｍｉｎでＤＳＦを線引きした結果、１．３μｍ、１．５５μｍの伝送損失が、０．３７６ｄＢ／ｋｍ、０．２０２ｄＢ／ｋｍで、アッパーフロータイプと殆ど差がなかったが、上部線引炉２と下部線引炉６との間隔を調整し、炉心管３、７の径、供給するガスの種類（アルゴン、ヘリウム、これらの混合ガス）、ガス流量を調整することにより伝送損失をそれぞれ０．３７０ｄＢ／ｋｍ、０．１９７ｄＢ／ｋｍに改善できた。更に、線引き速度を５００ｍ／ｍｉｎから１０００ｍ／ｍｉｎに加速したが、伝送損失は０．３７３ｄＢ／ｋｍ、０．１９９ｄＢ／ｋｍとほとんど悪化しなかった。
【００４９】
ダウンフロータイプにおいては、第１ヒートゾーン１１と第２ヒートゾーン１２の間隔を比較的大きく離すことができる。この間隔を離すことで溶融変形部の太い部分が伸び、溶融変形部の形状を比較的広い範囲でコントロールし易くなり、最適な線引き条件を設定し易くなる。
上位第一実施形態の具体例と同一の母材を使用して上部線引炉２の第一ヒートゾーン１１の下端と、下部線引炉６の第二ヒートゾーン１２の上端との間隔を１００〜６００ｍｍとし、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）を１０００ｍ／ｍｉｎで線引きした結果、１．３μｍ、１．５５μｍの伝送損失が、０．３２４ｄＢ／ｋｍ、０．１８５ｄＢ／ｋｍと大幅に改善できた。線引速度を高くするほど、第１、第２ヒートゾーンの間隔を大きくする必要があった。
【００５０】
また、２つのヒートゾーンにより第１ヒートゾーンの温度を従来の炉の温度より１００℃〜２００℃下げることができることにより、光ファイバのスクリーニング時の破断率を大幅に改善でき、従来の１／２〜１／３倍に破断回数を減少することができた。
【００５１】
図３は本発明の第三の実施形態で、図１と相違するところは上部線引炉２の第１ヒートゾーン１１の上部に第３ヒートゾーン１３を設けた点である。従ってその他の部分には図１と同一の符号を付けその説明は省略する。本実施形態は比較的太い母材（例えば１２０ｍｍ以上の母材）を線引きするのに適した装置である。
【００５２】
上部線引炉２の第１ヒートゾーン１１の上部に第３ヒートゾーン１３を設け、母材を予熱できるようにした。第３ヒートゾーン１３の第三ヒータ７５で母材６０を予熱する。第３ヒートゾーンの温度は６００℃から１８００℃の範囲で調整し、第一ヒータ７６より低い温度（第ヒートゾーンの温度は１８００℃から２１００℃）とし、第１ヒートゾーンと第３ヒートゾーンの温度差は好ましくは４００℃以上とする。この第３のヒートゾーンは、母材が溶融・軟化により変形しない位置（溶融変形部より上部）に設け、母材の予熱を行なえるようにする。具体的には、第１ヒートゾーンと第３ヒートゾーンの間の断熱材の厚さを５０ｍｍ〜４００ｍｍ離れた位置に配置する事が好ましい。５０ｍｍより短いと実質的に、第１ヒートゾーンと一体となり、溶融変形部が長くなってしまい、母材のロス（線引できない部分）が大きくなる。４００ｍｍより長いと、予熱効果が少なくなる事と、装置が大型化するために好ましくない。
特に母材６０が大きい場合には上部線引炉２の熱は輻射で炉の上部に逃げ、また、母材６０を伝わって熱伝導で加熱炉１の外に逃げる。輻射で逃げる熱量は炉心管３の断面積に比例し、熱伝導で逃げる熱量は母材６０の断面積に比例する。このため、従来は第一ヒータ７６から加熱炉１の上部開口部までの長さを長くして熱の逃げを防止していた。
本発明では第三ヒータ７５による第３ヒートゾーン１３を設け母材の溶融変形部上部を予熱することで、輻射で逃げる熱量と母材から熱伝導で逃げる熱量がも小さくなり、第一ヒータ７６のパワーを低減できる。これにより、揮発する蒸気によるカーボン炉心管やその他の炉内部品の劣化を低減でき、寿命を長くできる。
【００５３】
また、第３ヒートゾーン１３を設けることにより第一ヒータ７６の温度を過度に（上方に逃げる熱量を補給する）高くする必要がなくなり、母材６０の外径が太くなっても、第一ヒータ７６の温度を過度に上げることなく線引きすることができる。このように、第一ヒータ７６の温度を低くできることは、溶融変形部の冷却長を短くできることから加熱炉全体の長さを短くでき、溶融変形部の冷却速度を低減できることから母材６０が大きくなることで線引きしたファイバの伝送損失が悪化することも解消でき、伝送損失の少ない光ファイバを線引きすることができる。
【００５４】
図３に示す加熱炉１を使用して外径１３０ｍｍの母材を線引きした結果、伝送損失は、外径が８０ｍｍの母材を線引きしたものと遜色のないものであった。
【００５５】
本発明は光ファイバの伝送損失の改善のためにメニスカス形成用のヒートゾーンを２箇所に設け２つのヒートゾーンで温度分布を形成することで溶融変形部の形状をなだらかにし、特に、溶融変形部の比較的太い部分及び溶融変形部の細い部分をなだらかにすることで冷却速度を低減でき、粘性変形による歪み（せん断速度）や急冷による歪みによるガラスの密度ゆらぎを低減でき、それらが原因と思われる構造の不正による伝送損失を低減できる。
【００５６】
更に、固化点以降の光ファイバ部の徐冷もおこなえるため、伝送損失の改善は効果的である。
【００５７】
本発明においてアッパーフロータイプの線引炉では、炉心管に供給するガスにより溶融変形部を急冷する悪影響を下部線引炉を設けること、また、供給するガスを十分に予熱することで溶融変形部の固化点近傍から溶融変形部の径が数ｍｍ以下の部分をゆっくりと冷やすことで取り除くことができ、伝送損失を低減できる。
【００５８】
また、炉心管に供給するガスを下部線引炉で加熱できるので、比較的多くのガスを流すことができ、また、ヘリウムガスを使用しても上部線引炉の温度を過剰に上げる必要がないため、伝送損失の悪化を防止できると共に、被覆ファイバのスクリーニング時の破断を改善でき、また、光ファイバにダストが付着することによる線引き中の断線をなくすることができ、伝送損失の改善と共に生産性の向上、歩留りの改善が可能となる。
【００５９】
図３に示すように上部線引炉に第３ヒートゾーン１３を設けることで母材の径が太い母材（１２０ｍｍ以上）についても伝送損失を悪化させることなく線引きが可能となる。
【００６０】
次に、図１に示す光ファイバ線引き装置を用いた本発明の光ファイバの製造工程の別の実施形態を具体的に説明する。
線引装置の第一ヒータ４の容量を６０ｋＶＡ，第二ヒータ８の容量を２０ｋＶＡとし、該線引炉に大型の光ファイバ母材（大型母材外径８０〜１４０ｍｍ）６０をセットし、大型母材６０を１９００°Ｃ〜２１００°Ｃに温度設定した上部線引炉２に挿入し、その先端を溶融して伸ばし、太い所の第一溶融変形部６１を形成し、更に引き伸ばして第２ヒートゾーン１２に導入する。第２ヒートゾーン１２は６００°Ｃ〜１６００℃に制御し、線引速度が２５０ｍ／ｍｉｎから１０００ｍ／ｍｉｎまでに範囲で、第２ヒートゾーン１２の範囲に導入される母材溶融変形部の最大の径が約１ｍｍ以下となるように第２ヒートゾーンの位置を決めた。これは一つのヒータを有する線引炉のデータから容易に決定できる。第１ヒートゾーン１１の下部より３００ｍｍの位置に第２ヒートゾーン１２の上部が来るように第２ヒートゾーン１２を配置した。この距離を以下「ヒートゾーン間隔」と呼ぶ。また線引速度が６００ｍ／ｍｉｎから１４００ｍ／ｍｉｎまでに範囲では、ヒートゾーン間隔は６００ｍｍとした。このときの第２ヒートゾーン１２の範囲に導入される母材の溶融変形部の最大の径は０．４ｍｍ以下となるようにした。第２ヒートゾーン１２を出た光ファイバ素線６５は前述したように外気から隔離された冷却部１０の温度及び流れが整えられ雰囲気で、第２ヒートゾーン１２よりも速い冷却速度で冷却される。更に光ファイバ保護筒２６で１０００℃以下に冷却され、更に光ファイバ冷却装置３６の冷却筒で急冷されて３０℃から８０℃程度に冷却された後に、一次被覆、紫外線硬化、二次被覆、及び、紫外線硬化を施され、キャプスタンにて引き取られ、巻取装置に巻き取られる。
【００６１】
ここで、第１ヒートゾーン１１で形成される第一溶融変形部６１の形状と線引き張力が第２ヒートゾーン１２温度によりどのように影響されるかを測定した。ここで、第１ヒートゾーン１１の長さを３００ｍｍとし、第２ヒートゾーン１２の長さを６００ｍｍとした。ヒートゾーンの間隔は、上記に示した値とした。第一ヒータの温度を２０５０℃とし測定した結果、第２ヒートゾーン１２の第二ヒータをＯＦＦとした時は、第２ヒートゾーン１２の中心部分の温度は３００℃以下で、上部線引炉２からの温度の影響はあまり受けず、この状態で大型の母材６０から外径１２５μｍの光ファイバ素線に引き落とすには、ここで用いたヒータとガス条件では１．４７Ｎ（１５０ｇ）の張力が必要であった。（母材サイズによる、母材が大きくなるとテンションが上がった）ＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）を５００ｍ／ｍｉｎで線引きした結果、得られた光ファイバの１．３μｍと１．５５μｍの伝送損失は、それぞれ０．３７６ｄＢ／ｋｍ、０．２０２ｄＢ／ｋｍであった。
【００６２】
そこで、第２ヒートゾーン１２の第二ヒータを作動させ６００℃まで加温したところ、線引き張力は約１．３７Ｎ（１４０ｇ）となり、さらに温度を上げて１０００℃とすることにより約０．９８Ｎ（１００ｇ）まで低減することができ、このとき第一溶融変形部から引き出された母材線径０．５ｍｍまでの所の長さが数十ｍｍ程度伸びた。このように、第２ヒートゾーン１２の温度を調整することにより第一溶融変形部の形状を多少はコントロールすることが可能となり、テンションも低く出来た。また同一のテンションとした場合には、第１ヒートゾーンの温度を低くできた。ここで、第２ヒートゾーン１２の温度を調整することにより、先の第一ヒータ４の温度を２０５０℃から１９３０℃に下げ、第２ヒートゾーン１２のヒータ温度を６００℃〜１２００℃と調整する事で、線引き張力を１．７６Ｎ（１８０ｇ）〜１．４７Ｎ（１５０ｇ）の範囲に調整できた。この効果は、第２ヒートゾーンにガス予熱流路を設けると、さらに顕著であった。
【００６３】
この条件でＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）を線引した結果、１．３μｍと１．５５μｍの伝送損失が線引速度５００ｍ／ｍｉｎで、それぞれ０．３６７ｄＢ／ｋｍと０．１９８ｄＢ／ｋｍのＤＳＦを製造することができた。また、さらに第２ヒートゾーン１２の温度を調整することで線速１０００ｍ／ｍｉｎまでほぼ同じ伝送損失で線引でき、１．３μｍ，１．５５μｍでそれぞれ０．３７０ｄＢ／ｋｍ、０．２００ｄＢ／ｋｍであった。また、１．３８μｍ帯のＯＨによる伝送損失（以下ＯＨロスともいう）は、従来の２０５０℃の線引条件に比べて、０．０１〜０．０５ｄＢ／ｋｍ減少できた。ＯＨロスは線引の最高温度（第一ヒータ温度）に依存し、前記温度を下げると比例して下がった。
【００６４】
上記本発明の製造装置で製造した光ファイバの伝送損失の減少の原因を分析した結果、レイリー散乱項と構造不正のいわゆるＢ項が改善されており、これは、同一張力で線引きした場合、本発明では第一ヒータ４の温度を従来の温度から１２０℃下げることができ、第一溶融変形部６１が伸びたことによる。但し、第二溶融変形部６３はほとんど伸びなかた。
【００６５】
また、第二溶融変形部６３を十分に加熱できており、その範囲の冷却速度を従来に比較して約半分まで遅くできた（２５０ｍ／ｍｉｎから１６００ｍ／ｍｉｎの範囲では、従来シングルヒータの冷却速度は０．５〜２℃／ｍｍ、約３０００から１２０００℃／ｓであるのに対し、本発明では冷却速度は０．１１５℃／ｍｍから０．９℃／ｍｍ、約７５０℃／ｓから４０００℃／ｓであり、第一、第二ヒータの調整で第一ヒータ４の最高温度を下げる事で更に冷却速度が遅くできる）事により改善できたと考えている。ここで冷却速度の計算は、ファイバ外径の変化による第２ヒートゾーン１２あるいは第２ヒートゾーン１２に続く冷却ゾーンの各点での溶融変形部の速度を考慮して計算している。即ちメニスカスの太い所では線速が遅いことを考慮して滞在時間を計算して計算した。簡略するために、第２ヒートゾーン１２のほぼ導入部のメニスカス径と固化したファイバ外径での線速の平均値より平均速度を求めて滞在時間を求め、冷却速度は計算した。
【００６６】
また更に冷却部１０を設けたことで、溶融変形部が伸びたにもかかわらず、ファイバの曲がりやファイバ外径変動も小さく出来た。また、第２ヒートゾーン１２のヒータによる第一溶融変形部への影響が少ないために、溶融変形部の太い部分の伸びがあまりなく、母材のロスはほとんど生じなかった。
【００６７】
本発明で、前記第１及び第２ヒートゾーンと光ファイバ母材がある雰囲気とは隔離手段、例えば、炉心管により、隔離されていることが好ましい。隔離手段は第１ヒートゾーンと第２ヒートゾーンの間で隔離手段の内径が小さくなる部分を有するか、又は、第２ヒートゾーン側の隔離手段の内径が第１ヒートゾーン側に比べ細いことが好ましい。
【００６８】
本発明ではヒートゾーン間隔が長いことと、下部線引炉６の炉心管７の内径を可能な限り細くし（内径で３５〜２０ｍｍ）、第１ヒートゾーン１１からの熱の影響をできるだけ小さくし、２つのヒートゾーン１１、１２の温度干渉を小さくした。このように構成することにより、各ヒートゾーン１１、１２の温度制御性を改善させることができると共に、干渉による、溶融変形部の太い所の伸びを比較的少なく出来た。
【００６９】
また、線引き張力を第２ヒートゾーン１２の温度をコントロールすることにより調整可能となり、第１ヒートゾーン１１の温度をそれ程上げることなく線速を上げても所望の線引き張力を得る事が可能である。これにより、１．３８μｍ帯のＯＨによる伝送損失を線引速度が上がっても従来の線引炉よりは改善できた。
【００７０】
また、別の実施形態においては、第２ヒートゾーン内に、図４に示すように、矢印のようにガスが流れるガス予熱流路８０を予熱流路形成体８１により形成した。この予熱流路形成体８１は２重炉心管より構成し、流路がヒータや断熱材の有る空間とは隔離されている構造とすることが好ましい。これは、前記空間ではヒータや断熱材からの不純物の混入やダストの混入が起こることを防ぐためである。また、ガス導入口１５の代りに、或いは、ガス導入口１５に加えて、前記２重炉心管の上部の導入口８２よりガスを導入し、上から下へ流し、下端近傍の通路より、十分に予熱したガスを母材の有る雰囲気内に、通路を介して供給する事により、供給ガスによる急冷を効果的に防止できる。ガス予熱流路は、第２ヒートゾーンを越えて設けてもよい。
【００７１】
また図５に示すようにガス予熱流路８０を３重炉心管からなる予熱流路形成体８１により形成する事により更に予熱効果を高める事ができる。その場合は、ガス導入口１５の代りに、或いは、ガス導入口１５に加えて、３重炉心管の下部の導入口８２よりガスを導入し下から上、上から下へとガスを通過させ十分に予熱したガスを排出口８３から母材がある雰囲気内、すなわち、炉心管内部に供給する事により、供給ガスによる急冷を更に効果的に防止できる。このガスはアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、Ｈｅガスを含んだ不活性ガス（Ａｒや窒素等）、或いは、Ｈｅ若しくはＡｒと微量の水素や重水素を含むガスとすることが好ましい。可燃限界以下の濃度の水素や重水素は還元性雰囲気とする事により、カーボンの劣化を防止できる。更に混合ガスの熱伝導を改善できる。
【００７２】
前述したように前記ガス予熱流路を３重管により構成し、３重管の材質を高純度カーボンとすると、この場合はより効率的に完全にガスと形成された流路との間の熱交換が行なえ、また、大きな流量のガスを流す事も出来きる。好ましい実施形態においては、最大４０ＳＬＭのＨｅ、又はＡｒあるいはそれらの混合ガスを流しても光ファイバの線径変動が悪化しない。このようにガス予熱流路を３重管により構成することにより、ファイバの冷却速度の調整を第二ヒータによる温度制御だけでなくガス流量の変化によっても行うことができる。
【００７３】
更に、炉心管内部に流す前記予熱ガスはアッパーフロータイプの場合は、第２ヒートゾーンの下側より主に上方に流す。一方、ダウンフロータイプの場合は、第２ヒートゾーンの上流側より下方に流す。このように予熱ガスを流す事で第２ヒートゾーンの温度を調整する事により、ガス流量を多くしても線径変動は悪化しなかった。更に、従来は、ガスの供給量を少なくしないと、ガスによる溶融変形部や固化点以下のファイバの冷却速度が速く伝送損失が悪化してしまったが、予熱流路を通過させる事で、大量の供給ガスを流すことができ、伝送損失の改善とファイバ強度（スクリーニングの破断確率）の向上の両立が可能となった。これは、プリフォームの主として溶融変形部より蒸発した蒸気が低温部でシリカの粒子となり炉心管部品と反応してＳｉＣ粒子を形成するが、ガス流量を増やす事によって、それらの粒子を光ファイバやメニスカスの特に細い部分に付着する前に炉外に排気できることによる。またガス自体が予熱されているために、先の蒸気が粒子化したり、カーボン炉心管と反応してＳｉＣを形成する事も低減できることによるものと考えられる。
【００７４】
本実施形態では、伝送損失が、線引き速度１０００ｍ／ｍｉｎにおいて、１．３μｍ，１．５５μｍでそれぞれ０．３７０ｄＢ／ｋｍ、０．２００ｄＢ／ｋｍであり、かつ、スクリーニングの破断確率は１回／３００ｋｍから１回／６００ｋｍ程度と大幅に改善した。一方、従来の方法では、同様の伝送損失（同じ値までは到達できないが）に近づるためガス供給量を下げると、スクリーニングの破断確率が１回／２００ｋｍ以下と大幅に低下した。特にダウンフロータイプの炉では顕著であった。
また、母材のロスは、本発明では１０から１３％であった。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明を図示した実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００７６】
実施例１
図１に示される装置で標準のＳＭＦ母材（外径７０から９０ｍｍ）を線引きした。第一ヒータ４の温度を１９５０℃、第二ヒータ８の温度を６００℃又は１２００℃に設定し、線速５００ｍ／ｍｉｎ又は１０００ｍ／ｍｉｎで線引きした。線引き張力は、線速が５００ｍ／ｍｉｎでは、第二ヒータ８の温度が６００℃では１．１８Ｎ（１２０ｇ）であり、１２００℃では０．７８Ｎ（８０ｇ）であった。この条件では線速が倍となると、冷却速度も倍となった。１０００ｍ／分を超える速度では、第２ヒータの温度を上げたり、炉内に供給するガス量を下げる等して冷却速度を下げる調整を行った。炉内にはアルゴンガスとHeガスの混合ガスを供給した。
【００７７】
この条件で標準ＳＭＦを線引した結果、１．３μｍと１．５５μｍの伝送損失が線引速度５００ｍ／ｍｉｎで、第二ヒータ８の温度が６００℃又は１２００℃の両条件とも、それぞれ０．３３０ｄＢ／ｋｍ、０．１８３ｄＢ／ｋｍであった。
また、線速１０００ｍ／ｍｉｎでは、１．３μｍの伝送損失が第二ヒータ８の温度が６００℃では０．３３４ｄＢ／ｋｍ、１２００℃では０．３３２ｄＢ／ｋｍであった。また、１．５５μｍの伝送損失は、第二ヒータ８の温度が６００℃では０．１８７ｄＢ／ｋｍ、１２００℃では０．１８５ｄＢ／ｋｍであった。高速にした時には第２ヒートゾーンの加熱が伝送損失の改善には有効であった。
【００７８】
また、１．３８μｍ帯のＯＨによる伝送損失（ＯＨロス）は、線速１０００ｍ／ｍｉｎで第二ヒータ８の温度が６００℃の条件では０．２８ｄＢ／ｋｍ、１２００℃の条件では０．２９ｄＢ／ｋｍであった、従来の線引炉では０．３から０．３２ｄＢ／ｋｍであり、０．０１ｄＢ／ｋｍから０．０４ｄＢ／ｋｍ改善できた。
【００７９】
ＯＨロスは線引の最高温度（第１ヒータ温度）に依存し、前記温度を下げると比例して下がった。また、母材のロスは８％から１６％であった。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は上述したように、溶融変形部の冷却速度を４０００℃/ｓ以下とする事で伝送損失、ＯＨロスを低減できた。溶融変形部の冷却速度を低減する方法、装置として、光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融して形成される溶融変形部を、加熱炉に配置した第１ヒートゾーンと、該第１ヒートゾーンの下方に配置した第２ヒートゾーンで形成する方法・装置とすることにより、伝送損失が改善されると共に生産性の向上、歩留りが改善され、品質に優れた光ファイバを安価に提供することができる等の優れた効果を有するものである。
【００８１】
また、複数のヒータを用いてプリフォームを加熱しても、所定のヒータ間隔で第２のヒートゾーンを所定の温度範囲とする事により、溶融変形部の太いところを伸ばす割合が減り、母材を有効に使う事ができた。また、溶融変形部の径が約０．５ｍｍ以下のところだけを加熱することにより、溶融変形部が極端に伸びすぎないので、光ファイバの外径変動に影響せずに伝送損失を改善できた。また、従来の一つのヒータの線引炉と比較して、ヒータの最高温度を下げることができ、また高温部の溶融変形部を短くできるためにＯＨロスを改善できた。
また、第２ヒートゾーンにガスの予熱流路を設けることにより、供給するガス温度が制御できたために、より溶融変形部の細いところの冷却速度を低減でき、伝送損失を更に改善できた。また、第２ヒートゾーンにつづく冷却部、さらに加熱炉の直下に設けた光ファイバ保護筒で大気による急冷を防止したために、さらに伝送損失とスクリーニング時の破断確率を改善できた。さらに、第２ヒートゾーンにガスの予熱流路を設けることにより、冷却ガスにより前記溶融変形部が急冷されず、供給ガスを大量に流す事ができ光ファイバのスクリーニング時の破断確率を大幅に改善できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明光ファイバ線引き装置の第一実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明光ファイバ線引き装置の第二実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明光ファイバ線引き装置の第三実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明光ファイバ製造装置の一実施形態におけるガス予熱流路の説明図である。
【図５】本発明光ファイバ製造装置の別の実施形態におけるガス予熱流路の説明図である。
【符号の説明】
１ 加熱炉
２ 上部線引炉
３ 炉心管
４ 第一ヒータ
５ 断熱材
６ 下部線引炉
７ 炉心管
８ 第二ヒータ
９ 断熱材
１０ 冷却部
１１ 第１ヒートゾーン
１２ 第２ヒートゾーン
１３ 第３ヒートゾーン
１４ ガス導入部
１５ ガス導入口
１６ 円筒状冷却部本体
１７ 断熱カバー
１８ シャッター
１９ シャッター
２０ ガス導入口
２６ 光ファイバ保護筒
２７ 保護管
２８ 断熱材
３０ 外径測定器
３６ 光ファイバ冷却装置
４０ 一次被覆用ダイス
４１ 紫外線照射装置
４６ 二次被覆用ダイス
４７ 紫外線照射装置
５０ キャプスタン
５６ 巻取装置
６０ 光ファイバ母材
６１ 第一溶融変形部
６３ 第二溶融変形部
６５ 光ファイバ素線
７０ 被覆ファイバ
７５ 第３ヒータ
７６ 第１ヒータ
８０ ガス予熱流路
８１ 予熱流路形成体
８２ 導入口
８３ 排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber drawing method and drawing apparatus used for optical communication and the like, and an optical fiber manufacturing method and manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in response to the growing demand for optical fibers, there has been an increasing demand for the expansion of optical fiber production and the associated price reduction. It is illustrated.
[0003]
At the same time, improvement in transmission characteristics is strongly demanded, and a demand for reduction in transmission loss is strongly desired. In particular, a standard single mode optical fiber (S-SMF) having a zero dispersion wavelength in the vicinity of a wavelength of 1.3 μm that is widely used at present, a dispersion shifted optical fiber (DSF) having a zero dispersion wavelength in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm, In an optical fiber that mainly constitutes an optical transmission line, such as an optical fiber (NZDSF) having minute dispersion around a wavelength of 1.55 μm, it is an important issue to reduce transmission loss.
[0004]
The transmission loss of an optical fiber depends on each process such as a process until an optical fiber preform is formed, a process of drawing an optical fiber preform to obtain an optical fiber, and a process of coating a drawn optical fiber.
[0005]
Of these, especially in the drawing process, transmission loss increases when the optical fiber after exiting the drawing furnace is rapidly cooled. Therefore, a technique for reducing the transmission loss by reheating the optical fiber after exiting the drawing furnace has been developed. ing.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-186430, an optical fiber after exiting a drawing furnace is reheated so that it is 600 ° C. or higher and lower than the softening temperature of the optical fiber preform. A technique for reducing defects at the atomic level is disclosed.
[0006]
Although it is possible to reduce the optical fiber transmission loss with this technology, research to reduce the Rayleigh scattering coefficient is underway to further reduce the optical fiber transmission loss to the limit, and the temperature at which the glass solidifies (virtual temperature) It has been found that the Rayleigh scattering coefficient increases as the value of the optical fiber increases. Based on this knowledge, a technique for gradually cooling the optical fiber has been proposed in order not to increase the Rayleigh scattering coefficient.
[0007]
Techniques for gradually cooling an optical fiber are described in JP 2000-335933 A, JP 2000-335934 A, and JP 2000-335935 A, but these techniques include transmission loss, For the purpose of reducing the Rayleigh scattering term, it is assumed that a heating furnace for slow cooling is provided under the drawing furnace.
That is, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335933, a section where the drawn optical fiber has a temperature difference of 50 ° C. or more in the temperature range of 1300 to 1700 ° C. is a cooling rate of 1000 ° C./second or less. In order to satisfy this condition, it has been proposed to use a slow cooling furnace.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335934 discloses that after the drawn optical fiber exits the drawing furnace, it is air-cooled by the atmosphere and then enters the annealing furnace, and the temperature of the optical fiber is 1200 to 1700 ° C. It has been proposed to use a heating furnace for slow cooling that is heated to a temperature in the range. Moreover, it is described that the above temperature range is preferably in the range of 1300 to 1600 ° C.
[0009]
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335935, a first gas (He or the like) having a good thermal conductivity is used for the drawing furnace, and a gas (nitrogen) having a lower thermal conductivity than the gas supplied to the drawing furnace is used for the annealing furnace. Gas etc.) has been proposed.
[0010]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-163632 discloses an optical fiber manufacturing apparatus having a main heater and an auxiliary heater. The invention disclosed herein is intended to change the dispersion characteristics (change from positive dispersion to negative dispersion or vice versa) sharply in the longitudinal direction by changing the tension abruptly during drawing. If the change cannot be made steeply, the interval in which the dispersion becomes close to zero during the change becomes long, nonlinear phenomena (four-wave mixing) occur, waveform deterioration occurs, and long-distance transmission becomes impossible. For this reason, in this publication, in addition to the main heater, a technique for changing the heat capacity of the lower part of the furnace body with an auxiliary heater or a gas supplied into the furnace is disclosed as a device for changing the tension in a short time.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335933 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335934 provide a gap between the drawing furnace and the heating furnace for slow cooling to actively cool the optical fiber in the atmosphere. Then, since it is gradually cooled, dust in the atmosphere may adhere to the high-temperature fiber on the surface of the optical fiber, which may reduce the strength of the optical fiber. In addition, because the atmospheric gas in the drawing furnace is flowing downward, it is difficult to adjust the temperature distribution of the melt-deformed part formed on the optical fiber preform during drawing, and the temperature distribution in the melt-deformed part is made smoother or a specific part No consideration is given to a technique for improving the distortion due to viscous deformation and the transmission loss due to slow cooling by making the frequency steep. Strain remaining in the melt-deformed part (depending on the drawing tension, glass viscosity, and temperature history) leads to an increase in optical fiber transmission loss, and must be solved to reduce transmission loss. One.
[0012]
Further, the technology disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-335933 to 2000-335935 introduces a gas having good thermal conductivity such as He gas into a drawing heating furnace, and the temperature of the optical fiber exiting the drawing furnace. In this case, in order to obtain the same drawing tension, it may be necessary to raise the temperature of the drawing furnace, and the additive added to give a refractive index profile For example, there is a concern that transmission loss increases due to a large amount of distortion due to a difference in thermal expansion coefficient between the core and the clad, and a temperature at which the glass solidifies (referred to as a virtual temperature).
[0013]
Further, in the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-163632, the auxiliary heater is heated when the drawing tension is lowered, and is stopped when the drawing tension is increased. In order to make this effect efficient, it is necessary to reduce the heat capacity of the auxiliary heater section. For this purpose, the heater and the heat insulating material are made as small as possible to reduce the heat capacity (as is clear from the examples described in the specification). The amount of power of the auxiliary heater is 5 kW). For this reason, it is not a heat capacity capable of stably heating a wide area, and the temperature distribution during drawing is likely to fluctuate. Therefore, the melt-deformed portion is likely to fluctuate, and the slow cooling process is difficult to stabilize, making it difficult to put it to practical use.
[0014]
Therefore, the present invention aims to provide an optical fiber drawing method capable of sufficiently reducing the transmission loss of an optical fiber, and to provide an optical fiber drawing apparatus for achieving the object. Together with the purpose. It is another object of the present invention to provide an optical fiber manufacturing method and an optical fiber manufacturing apparatus capable of sufficiently reducing the transmission loss of the optical fiber.
[0015]
  According to the present invention, the following means are provided. That is, the present invention
(1) An optical fiber drawing method in which an end of an optical fiber preform is heated and melted in a heating furnace to draw a tension by applying a tension to a tip of a melt deformed portion (referred to as a meniscus portion; hereinafter the same). ,
  The heating furnace has at least two heat zones formed in one heating furnace, and is disposed below the first heat zone and a first heater that forms the first heat zone, thereby forming a second heat zone. A second heater, a heat insulating material provided outside the first heater and the second heater, and a furnace tube that contains an optical fiber preform,
  The core tube has a large diameter portion disposed inside the first heater, and a small diameter portion disposed inside the second heater,
  The first heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the first heater to an upper end of the small diameter portion of the core tube,
The second heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the second heater to an upper end of the heat insulating material disposed below the second heater,
  The melt deformation part isThe at least twoFormed in the heat zone,
  The length of the second heat zone is equal to or longer than the length of the first heat zone,
  The distance between the lower end of the heater forming the first heat zone and the upper end of the heater forming the second heat zone is 100 mm or more and 600 mm or less,
  Drawing is performed by setting the temperature of the second heat zone to be lower than the temperature of the first heat zone and controlling the temperature of the second heat zone to a predetermined temperature of 600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. Optical fiber drawing method,
(2) The method for drawing an optical fiber according to (1), wherein the maximum diameter of the melt deformed portion corresponding to the second heat zone is 2 mm or less,
(3) The maximum diameter of the melt deformed portion corresponding to the second heat zone is 0.5 mm or less, the optical fiber drawing method according to (1),
(4) Melt deformed part in the heating range corresponding to the second heat zoneThe part that becomes completely hardened and becomes an optical fiberThe method of drawing an optical fiber according to any one of (1) to (3), characterized in that
(5) There is a gas preheating channel in at least the second heat zone, and the preheated gas that has passed through the gas preheating channel isAtmosphere with optical fiber preformThe optical fiber drawing method according to any one of (1) to (4), wherein
(6) The preheating gas is helium (He) gas, argon (Ar) gas, mixed gas of helium (He) and argon (Ar), mixed gas of helium (He) and nitrogen, helium (He) and below the flammability limit A mixed gas of hydrogen at a concentration of Helium (He) and deuterium at a concentration below the flammability limit, a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen at a concentration below the flammability limit, or argon (Ar) and a flammability limit It is a mixed gas of deuterium having the following concentration, and the preheating gas is placed above and / or below the heating furnace.Flow(5) The optical fiber drawing method according to (5),
(7) The optical fiber drawing method according to (5) or (6), wherein the gas preheating channel is isolated from the atmosphere of the heater,
(8) In the heating furnaceMeltingThe method of drawing an optical fiber according to any one of (1) to (7), wherein the fastest cooling rate of the melt-deformed portion is 4000 ° C./s or less,
(9) An optical fiber drawing device for drawing an end of an optical fiber preform by heating and melting in a heating furnace and applying tension to a tip of a melted and deformed portion formed by melting,
  The heating furnace has at least two heat zones formed in one heating furnace, and is disposed below the first heat zone and a first heater that forms the first heat zone, thereby forming a second heat zone. A second heater, a heat insulating material provided outside the first heater and the second heater, and a furnace tube that contains an optical fiber preform,
  The core tube has a large diameter portion disposed inside the first heater, and a small diameter portion disposed inside the second heater,
  The first heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the first heater to an upper end of the small diameter portion of the core tube,
The second heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the second heater to an upper end of the heat insulating material disposed below the second heater,
  Said1st heater and 2nd heaterIs independently temperature controllable,
  The melt deformed portion is formed by the at least two heat zones.The length of the second heat zone isAboveSame as or longer than the length of the first heat zoneAndThe distance between the lower end of the first heat zone and the upper end of the second heat zone is 100 mm or more and 600 mm or less, the heater of the first heat zone is set in a range of 1700 ° C. to 2300 ° C. and heated, and the second heat Heat the zone heater in the range of 600 ° C to 1800 ° C.
An optical fiber drawing device, characterized in that
Is to provide.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of the present invention, wherein 1 is a heating furnace, and the heating furnace 1 is arranged with a first heat zone 11 in the upper part and a second heat zone 12 in the lower part. ing. The first heat zone 11 includes a first heater 4 (carbon) and a heat insulating material 5 (a molded body of carbon fiber or carbon felt) provided outside the heater. The upper drawing furnace 2 includes a first heater 4, a heat insulating material 5, and a furnace core tube 3 made of carbon. The second heat zone 12 is composed of a second heater 8 (carbon) and a heat insulating material 9 (carbon fiber or carbon felt molded body) provided outside the heater. The lower drawing furnace 6 includes a second heater 8, a heat insulating material 9, and a core tube 7 made of quartz glass, SiC, or carbon (having a diameter smaller than that of the core tube 3). It is provided below the furnace 2. Here, the first heater 4 and the second heater 8 can be independently temperature controlled. In addition, there is a space around the heater to provide electrical insulation.
[0017]
In the present invention, the second heat zone 12 mainly manages a thin part of the melt-deformed portion or a part (optical fiber part) that is hardened below the melting temperature and does not substantially change the outer diameter at a predetermined temperature, or a predetermined temperature. Arrange for the cooling temperature of In addition, the second heat zone 12 portion has a melt-deformed portion extending. Therefore, in order to adjust and stabilize the temperature and temperature gradient of the portion, the length is preferably equal to or longer than that of the first heat zone 11. . When the drawing speed is 1000 m / min or more, it is more preferable to configure the second heat zone with two or more heaters because the temperature distribution in the traveling direction of the fiber can be adjusted appropriately.
[0018]
The embodiment shown in FIG. 1 is an upper flow type in which gas flows from below to above, 10 is a cooling part and gas introduction part, and the cooling part and gas introduction part 10 is a cylindrical cooling part body 16 made of a heat insulating material. The inner surface is covered with a heat insulating cover 17 made of quartz glass, SiC, or carbon, and is disposed so as to surround an optical fiber passage made of a core tube 7 extending from the lower drawing furnace 6. In the figure, reference numeral 14 denotes a gas introduction passage for introducing a gas to be supplied into the core tubes 3 and 7, and the gas introduction passage 14 is drawn from a gas introduction port 15 provided above the cooling / gas introduction portion 10. It extends to the outer periphery of the core tube 7 extending from the furnace 6 and reaches the lower end of the core tube 7. A shutter 18 prevents the gas from flowing downward.
[0019]
A gas (inert gas such as argon gas or helium gas) supplied into the furnace is supplied from a gas inlet 15 provided above the cooling and gas inlet 10 as shown in the figure. 7 and the heat-insulating cover 17, the gas proceeds through the gas introduction passage 14. At this time, the gas is heated by absorbing the heat of the core tube 7, so that the fiber exiting the core tube 7 is not rapidly cooled by the gas.
[0020]
The warmed gas is prevented from being discharged downward by the shutter 18 except for a part thereof, proceeds upward in the core tube 7, and is discharged from the gas outlet 21 provided above the upper drawing furnace 2 through the core tube 3. The By supplying the gas into the core tubes 7 and 3 in this way, the pressure in the core tube is controlled (0.01 Pa to several tens of Pa), and air is not involved when the base material is introduced into the drawing furnace. I have to.
[0021]
In the figure, reference numeral 26 denotes an optical fiber protection cylinder, which is installed below the cooling and gas introduction part 10 and is composed of a protection tube 27 made of quartz glass or carbon, and a heat insulating material 28 made of carbon or silica fiber. ing.
[0022]
Reference numeral 30 denotes an outer diameter measuring instrument, which is disposed at the lower part of the protective cylinder 26. 36 is an optical fiber cooling device disposed below the outer diameter measuring device 30, 40 is a die for primary coating on the optical fiber exiting the optical fiber cooling device 36, 41 is an ultraviolet irradiation device for curing the coated resin, 46 Is a die for applying a secondary coating to the primary coated optical fiber, 47 is an ultraviolet irradiation device for curing the secondary coating resin, 50 is a capstan, and 56 is a winding device.
[0023]
  In the present invention, an end of an optical fiber preform is drawn by applying tension to a tip of a melt deformed portion formed by heating and melting in a heating furnace, and the melt deformed portion in the heating furnace is cooled. In doing so, the mostfastThe cooling rate is preferably 4000 ° C./s or less. In addition, the outermost diameter of the melt-deformed part is 1 mm or less, or the most part of the part that has been substantially melt-deformed.fastMore preferably, the cooling rate is 4000 ° C./s or less. Most of the melt deformationfastThe cooling rate is more preferably 750 ° C./s to 3000 ° C./s.
[0024]
FIG. 1 also shows a state in which an optical fiber is drawn from an optical fiber preform. In FIG. 1, 60 is an optical fiber preform, and the optical fiber preform 60 is supported by a lifting device (not shown) to draw an upper drawing. It is set in the core tube 3 of the furnace 2 and is heated and melted in the first heat zone 11 formed by the first heater 4 of the upper drawing furnace 2 to form a first melt deformed portion 61. Reference numeral 63 denotes a second melt deformed portion. The second melt deformed portion 63 is temperature-controlled independently from the first heater 4 with respect to the melt deformed portion drawn out from the first melt deformed portion 61 and having a small diameter. It is formed by heating in the second heat zone 12 formed by the second heater 8. The first and second heat zones may be composed of a plurality of heaters. In particular, since the second heat zone 12 becomes longer, it is more preferable because the temperature distribution can be adjusted along the traveling direction of the fiber using two or more heaters.
[0025]
The optical fiber drawn out from the second melt deformation part 63 is gradually cooled by the cooling part / gas introduction part 10 and the optical fiber protective cylinder 26, the outer diameter is measured by the outer diameter measuring instrument 30, and the outer diameter measuring instrument 30 measures. The data is drawn to keep the wire diameter constant by feeding back the capstan 50 or the capstan 50 and the base material lifting device, and the temperature of the upper and lower heat zones, and then the primary coating, the secondary After being coated and taken up by the capstan 50, it is taken up by the take-up device 56.
The coating of the optical fiber used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include coating with an ultraviolet curable resin, an electron beam curable resin, a thermosetting resin, and the like. These coating materials can be coated on an optical fiber by appropriately using a conventionally used coating apparatus.
[0026]
In the heating furnace 1 shown in FIG. 1, the first heat zone 11 formed in the upper drawing furnace 2 heats and melts a thick part of the optical fiber preform 60, and controls and arranges the shape of the first melt deformation part 61. Fulfills mainly. The second heat zone 12 formed by the lower drawing furnace 6 whose temperature is controlled independently of the first heat zone 11 is drawn out from the first melt deformed portion 61 and has a thin meniscus (the outer diameter is several mm to 0.00 mm, preferably the maximum diameter is 2 mm or less, more preferably the maximum diameter is 0.5 mm or less) to form the second melt deformed portion 63, and the shape is controlled and arranged.
[0027]
At this time, the temperature of the second heater 8 in the second heat zone 12 that is heated to form the second melt deformed portion 63 and adjust its shape is that of the meniscus (base material) that passes through the lower drawing furnace 6. The temperature is lower than the temperature, preferably 600 ° C to 1800 ° C, more preferably 600 ° C to 1600 ° C. In this way, by drawing at a predetermined temperature, the cooling rate of the melt-deformed portion of the thin melt-deformed portion (especially a portion having an outer diameter of several mm or less) can be made lower than that of the conventional furnace. Further, the second heat zone 12 can adjust and control the cooling rate beyond the melt-deformed portion as well as the outside diameter where the outside diameter does not substantially change (the outside diameter changes from 0.1 μm or less to 0). In order to provide such a function to the second heat zone 12, it is necessary to match the length of the second heat zone 12 with the length of the first heat zone 11 or make it longer. Preferably, the optical fiber preform 60 is made to stay in the drawing furnace up to the solidification temperature of the optical fiber preform 60 (about 1200 ° C. with silica) until it becomes an optical fiber, thereby causing transmission loss due to Rayleigh scattering. Can be reduced.
[0028]
In another embodiment, the first heat zone 11 of the heating furnace 1 mainly plays a role of controlling and adjusting the shape of the first melt deformed portion 61 that heats and melts the thick portion of the optical fiber preform 60 to form the meniscus of the thick portion. Fulfill. The second heat zone 12 is drawn from the first melt deformed portion 61 and heats the meniscus whose base material outer diameter is reduced to 0.5 mm or less, thereby controlling and adjusting the shape of the second melt deformed portion 63. .
Although depending on the linear velocity and tension, if the distance between the lower end of the first heat zone 11 and the upper end of the second heat zone 12 is about 100 mm to 600 mm in the linear velocity range of 300 m / min to 1400 m / min, the second heat zone 12, the range of the melt-deformed portion to be mainly heated can be limited to a relatively thin place, and a heater can be arranged and heated at a position where the maximum diameter of the melt-deformed portion is 0.5 mm or less.
[0029]
In addition, the temperature of the second heat zone 12 that is heated to form the second melt deformed portion 63 and adjust its shape is set to be lower than the temperature of the base material that passes through the lower drawing furnace 6. This temperature depends on the drawing speed, the distance between the first and second heat zones, the length of each heater, the drawing tension, etc., and an appropriate value is selected. For example, the heater in the first heat zone is 1700 ° C. When heating in the range of ˜2300 ° C., the heater in the second heat zone is set in the range of 600 to 1800 ° C. By setting the second heat zone in this way, in the case of a drawing furnace having two or more heat zones in the past, the entire melt deformed part is stretched and the base material is lost, and the drawing length cannot be increased. However, in the present invention, the loss of the base material can be reduced and the diameter of the melt-deformed portion can be reduced by heating the melt-deformed portion having a diameter of the melt-deformed portion (referred to as meniscus diameter, hereinafter the same) 0.5 mm or less. Can particularly reduce the cooling rate of the portion of 0.5 mm or less. This can also improve transmission loss. In addition, it is preferable that the heating range corresponding to the second heat zone includes a terminal end portion (solidification portion) of the melt deformed portion.
[0030]
  In this embodiment, when the diameter of the melt deformed portion is 0.5 mm, the maximum temperature of the melt deformed portion corresponds to 1500 ° C. to 1700 ° C., and the end portion (solidification point) of the melt deformed portion increases from 1400 ° C. to 1600 ° C. Correspond. The temperature of the melt-deformed part was obtained by calculation using the formula described in Journal of Lightwave Technology Vol. 12, No. 3, March 1994. Further, by arranging the heater of the second heat zone at a position where the maximum diameter of the melt deformed portion is 0.5 mm or less, even if the heater length of the second heat zone is relatively short (about 250 mm to 500 mm) The cooling rate can be adjusted by adjusting the cooling rate up to the melt deformation zone range and further to the optical fiber range after the solidification point. In addition, preferably, it is possible to stay in the drawing furnace up to the softening temperature of the core of the optical fiber preform 60 (about 1200 ° C. in the case of silica), that is, the temperature at which the micro glass structure does not change. Transmission loss due to Rayleigh scattering can be reduced. When cooling the melt deformed part in the heating furnace,fastThe cooling rate is preferably 4000 ° C./s or less.
[0031]
In another preferred form, the softening temperature of the core or about 900 ° C. is in the optical fiber protection cylinder 26 provided at the lower part of the heating furnace 1. This is to prevent rapid cooling of the optical fiber by the atmosphere. Another reason is to significantly reduce the opportunity for the optical fiber to adhere to dust in the atmosphere at high temperatures. Therefore, it is preferable that the optical fiber protection cylinder 26 has a heat insulation structure or a heating structure, and the atmosphere is controlled so that the inside is clean by performing a gas purge or the like.
[0032]
In addition, since heating is performed in the two heat zones 11 and 12, the maximum heating temperature and electric energy of the main first heat zone 11 can be reduced, transmission loss due to OH groups in the 1.38 μm band can be reduced, and the first It is possible to reduce the deterioration of the device near the heat zone 11 and the deterioration of the heating furnace 1 itself. In particular, the lifetime of the heat insulating material 5 and the first heater 4 disposed outside the carbon core tube 3 and the core tube 3 can be extended.
[0033]
The optical fiber strand 65 that has been shaped in the second heat zone 12 formed by the lower drawing furnace 6 and drawn out from the second melt deformed portion 63 is isolated from the outside air by the cooling and gas introducing portion 10. The temperature is adjusted. The optical fiber exiting the second heat zone 12 by the cooling and gas introduction unit 10 is rapidly cooled, but is cooled much more slowly than being cooled to the atmosphere. Further, since cooling is performed without being exposed to the atmosphere, dust in the atmosphere does not adhere to the optical fiber strand 65. Next, the outer diameter is measured by the outer diameter measuring device 30. Data measured by the outer diameter measuring device 30 is fed back to the capstan 50, the capstan 50 and the base material lifting device, or the temperature control of the first and second heat zones 11 and 12, and the wire diameter of the optical fiber 65 is measured. Is controlled to be constant.
[0034]
The optical fiber 65 whose outer diameter has been measured by the outer diameter measuring device 30 is further cooled to a temperature suitable for the primary coating (coating) by the optical fiber cooling device 36, passed through the primary coating die 40, and primary coated. Then, the coating resin is cured by the ultraviolet irradiation device 41, then passed through the secondary coating die 46, and the secondary coating is applied, the coating resin is cured by the ultraviolet irradiation device 47, and taken up by the capstan 50. Then, it is wound up by the winding device 56 to complete the coated fiber 70.
[0035]
One drawing process by the drawing furnace shown in FIG. 1 will be described more specifically.
The capacity of the first heater 4 of the drawing apparatus is 60 kVA, the capacity of the second heater 8 is 24 kVA, and a large optical fiber preform (large preform: outer diameter 80 mm to 140 mm) 60 is set in the drawing furnace. The large base material 60 is inserted into the upper drawing furnace 2 set at a temperature of 1900 ° C. to 2100 ° C., and its tip is melted and stretched to form a thick first melt deformed portion 61 and further stretched to make a second heat. Introduce to zone 12.
[0036]
The second heat zone 12 is controlled to 600 ° C. to 1800 ° C., the wire diameter of the introduced base material is adjusted to a range of 2 mm to 0.3 mm, and the second melt deformed portion 63 is formed. The optical fiber 65 exiting from the second melt deformed portion 63 is at a cooling rate faster than that of the second heat zone 12 in the atmosphere of the cooling and gas introducing portion 10 that is isolated from the outside air and adjusted in temperature as described above. To be cooled. Next, the primary coating and the secondary coating are applied, taken up by the capstan 50, and taken up by the winding device 56.
[0037]
Here, it was measured how the shape and the drawing tension of the first melt deformed portion 61 formed in the upper first heat zone 11 are affected by the temperature of the lower second heat zone 12. First, when the temperature of the first heat zone 11 is 2050 ° C. and the second heater 8 of the lower drawing furnace 6 is turned off, the temperature of the central portion where the second heat zone 12 is formed is 100 ° C. to 300 ° C. In this state, in order to pull down from the large preform 60 to the optical fiber strand having an outer diameter of 125 μm, 1.47 N (150 g) is required under the above heater conditions. Tension is required (drawing tension increases as the base metal size increases, and the tension increases slightly depending on the flow rate of gas flowing in the apparatus). Under these conditions, the DSF (dispersion shifted optical fiber) is 500 m / min. As a result of drawing, the transmission loss of 1.3 μm and 1.55 μm of the obtained optical fiber was 0.376 dB / km and 0.202 dB / km.
[0038]
Therefore, when the second heater 8 of the lower drawing furnace 6 is operated and the second heat zone 12 is heated to 600 ° C., the drawing tension becomes 1.18 N (120 g), and the temperature is further raised to 1000 ° C. Thus, the length up to the base wire diameter of 1 mm drawn from the first melt deformed portion 61 was extended to 100 mm to 200 mm. As described above, it is possible to control the shape of the first melt deformed portion 61 by the lower drawing furnace 6 by adjusting the temperature of the second heat zone 12.
[0039]
Therefore, the temperature of the first heat zone 11 is lowered from 2050 ° C. to 1870 ° C., the temperature of the second heat zone 12 is in the range of 600 ° C. to 1200 ° C., and the drawing tension is 1.18 N (120 g) to 1.76 N (180 g). The DSF (dispersion shifted optical fiber) was manufactured by adjusting the maximum diameter of the second melt deformed portion 63 corresponding to the second heat zone to 1 mm or less. Transmission loss of the obtained DSF at 1.3 μm and 1.55 μm was 0.367 dB / km and 0.198 dB / km at a drawing speed of 500 m / min. Further, by adjusting the temperature of the second heat zone 12 within the above range, it was possible to draw with almost the same transmission loss up to a linear velocity of 1000 m / min. The transmission loss of the DSF actually manufactured at a linear speed of 1000 m / min was 0.370 dB / km and 0.199 dB / km at 1.3 μm and 1.55 μm, respectively.
[0040]
Further, the transmission loss due to the OH group in the 1.38 μm band can be reduced by 0.01 to 0.02 dB / km as compared with the conventional drawing condition of 2050 ° C. This is because the maximum drawing temperature could be reduced by 100 ° C. or more.
[0041]
As a result of analyzing the cause of the decrease in the transmission loss of the optical fiber manufactured by the above-described drawing apparatus of the present invention, the so-called B term loss of the Rayleigh scattering term and the structural irregularity has been improved. In the present invention, the temperature of the first heater 4 could be lowered (in the above embodiment, the temperature could be reduced by 180 ° C. from the conventional temperature), and the first melt deformed portion 61 and the second melt deformed portion 63 were extended. The portion where the second melt deformed portion 63 is extended can be sufficiently heated, and in particular, the cooling rate of the portion where the melt deformed portion is several mm or less can be slowed down to about 65% compared to the conventional {500 to 1000 m / Because improvements such as 0.23 to 0.46 ° C./mm (960 to 1920 ° C./s)} were made from the conventional 1-2 ° C./mm (4500 to 8300 ° C./s) at a minute drawing speed. Conceivable.
[0042]
Furthermore, the provision of the cooling and gas introduction part 10 makes it possible to reduce the bending of the fiber and the fluctuation of the outer diameter of the fiber even though the melted and deformed part is extended, which greatly contributes to the improvement of the transmission loss. it is conceivable that. However, since the effective drawing length is shortened when the length of the first melt deformed portion 61 is increased, the temperature of the second heater 8 is preferably in the range of 800 ° C to 1400 ° C.
[0043]
In the present invention, the inner diameter of the core tube 7 of the lower drawing furnace 6 is made as thin as possible (35 mm to 15 mm in inner diameter), the influence of heat from the first heat zone 11 is made as small as possible, and the two heat zones 11, 12 are used. Reduced the temperature interference. By comprising in this way, the temperature controllability of each heat zone 11 and 12 can be improved.
[0044]
In addition, the drawing tension can be adjusted by controlling the temperature of the second heat zone 12, and a desired drawing tension can be obtained even if the drawing speed is increased without increasing the temperature of the first heat zone 11 so much. . As a result, the transmission loss due to the 1.38 μm band OH group can be greatly improved over the conventional drawing furnace even if the drawing speed is increased.
[0045]
Furthermore, there is a possibility that the temperature of the melt-deformed part may change depending on the gas flow rate (both upper flow and down flow) flowing into the heating furnace 1, and this temperature change slightly affects the drawing tension. However, in the present invention, it was possible to immediately cope with the temperature adjustment of the second heat zone 12 without changing the temperature of the first heat zone 11, and to suppress an increase in transmission loss due to gas supply conditions.
[0046]
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and the same parts as those shown in FIG.
The second embodiment shown in FIG. 2 is different from the first embodiment in that it is a down flow type in which the gas introduced into the drawing furnace 2 is flowed from the top to the bottom. Further, the second heat zone is composed of two heaters 8a and 8b, and a relatively long range can be heated compared to the first embodiment. Furthermore, the temperature distribution can be adjusted along the traveling direction of the fiber. There is no separation by a heat insulating material or the like between the two heaters 8a and 8b constituting the second heat zone.
[0047]
That is, in this embodiment, the gas (inert gas such as argon gas or helium gas) supplied into the furnace is supplied from a gas inlet 20 provided in the upper part of the upper drawing furnace 2 as shown in the figure. The The introduced gas is sufficiently prevented from flowing upward by the shutter 19, proceeds downward in the core tube 7, and is discharged from below the lower drawing furnace 6 through the core tube 3. By supplying gas into the core tubes 3 and 7 in this way, the pressure in the core tube is controlled (several Pa to several tens Pa), and the atmosphere is entrained when the base material 60 is introduced into the upper drawing furnace 2. I am trying not to.
[0048]
In the heating furnace shown in FIG. 2, the DSF is drawn under the same drawing conditions as the specific example of the first embodiment, that is, the drawing speed is 500 m / min. As a result, transmission losses of 1.3 μm and 1.55 μm are obtained. 0.376 dB / km, 0.202 dB / km, which is almost the same as the upper flow type, but the distance between the upper drawing furnace 2 and the lower drawing furnace 6 is adjusted, and the diameters of the core tubes 3 and 7 are adjusted. The transmission loss could be improved to 0.370 dB / km and 0.197 dB / km by adjusting the type of gas to be supplied (argon, helium, mixed gas thereof) and the gas flow rate, respectively. Furthermore, although the drawing speed was accelerated from 500 m / min to 1000 m / min, the transmission loss was hardly deteriorated to 0.373 dB / km and 0.199 dB / km.
[0049]
In the down flow type, the distance between the first heat zone 11 and the second heat zone 12 can be relatively large. By separating this interval, the thick part of the melt-deformed part is elongated, and the shape of the melt-deformed part can be easily controlled in a relatively wide range, and it becomes easy to set the optimum drawing condition.
The distance between the lower end of the first heat zone 11 of the upper drawing furnace 2 and the upper end of the second heat zone 12 of the lower drawing furnace 6 is set to 100 using the same base material as the specific example of the upper first embodiment. As a result of drawing SMF (single mode fiber) at 1000 m / min, the transmission loss of 1.3 μm and 1.55 μm was greatly improved to 0.324 dB / km and 0.185 dB / km. It was necessary to increase the interval between the first and second heat zones as the drawing speed was increased.
[0050]
Further, the temperature of the first heat zone can be lowered by 100 ° C. to 200 ° C. from the temperature of the conventional furnace by two heat zones, so that the breaking rate at the time of optical fiber screening can be greatly improved. The number of breaks could be reduced to １ ／ times.
[0051]
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that a third heat zone 13 is provided above the first heat zone 11 of the upper drawing furnace 2. Therefore, the other portions are denoted by the same reference numerals as those in FIG. This embodiment is an apparatus suitable for drawing a relatively thick base material (for example, a base material of 120 mm or more).
[0052]
  A third heat zone 13 is provided above the first heat zone 11 of the upper drawing furnace 2 so that the base material can be preheated. The base material 60 is preheated by the third heater 75 in the third heat zone 13. The temperature of the third heat zone is adjusted in the range of 600 ° C. to 1800 ° C., and the temperature is lower than that of the first heater 76 (the temperature of the first heat zone is 1800 ° C. to 2100 ° C.). The temperature difference is preferably 400 ° C. or higher. This third heat zoneIsBase materialButBy melting and softeningRDeformationShiIt is installed at a position (above the melt deformed part) so that the base metal can be preheated..Specifically, it is preferable to arrange the thickness of the heat insulating material between the first heat zone and the third heat zone at a position separated by 50 mm to 400 mm. If it is shorter than 50 mm, it is substantially integrated with the first heat zone, the melt deformed part becomes longer, and the loss of the base material (the part that cannot be drawn) increases. If the length is longer than 400 mm, the preheating effect is reduced and the apparatus is enlarged, which is not preferable.
  In particular, when the base material 60 is large, the heat of the upper drawing furnace 2 escapes to the upper part of the furnace by radiation, and travels through the base material 60 and escapes from the heating furnace 1 by heat conduction. The amount of heat that escapes by radiation is proportional to the cross-sectional area of the core tube 3, and the amount of heat that escapes by heat conduction is proportional to the cross-sectional area of the base material 60. For this reason, conventionally, the length from the first heater 76 to the upper opening of the heating furnace 1 is increased to prevent the escape of heat.
  In the present invention, by providing the third heat zone 13 by the third heater 75 and preheating the upper part of the melted deformation portion of the base material, the amount of heat escaped by radiation and the amount of heat escaped from the base material by heat conduction are reduced, and the first heater 76 is reduced. The power of can be reduced. As a result, deterioration of the carbon core tube and other in-furnace parts due to vaporized vapor can be reduced, and the life can be extended.
[0053]
Further, by providing the third heat zone 13, it is not necessary to excessively increase the temperature of the first heater 76 (supplement the amount of heat that escapes upward), and even if the outer diameter of the base material 60 increases, the first heater 76 The temperature of 76 can be drawn without excessively increasing the temperature. Thus, the temperature of the first heater 76 can be lowered because the cooling length of the melt-deformed portion can be shortened, the length of the entire heating furnace can be shortened, and the cooling rate of the melt-deformed portion can be reduced. Thus, it is possible to eliminate the deterioration of the transmission loss of the drawn fiber, and it is possible to draw an optical fiber with a small transmission loss.
[0054]
As a result of drawing a base material having an outer diameter of 130 mm using the heating furnace 1 shown in FIG. 3, the transmission loss was comparable to that of drawing a base material having an outer diameter of 80 mm.
[0055]
In order to improve transmission loss of an optical fiber, the present invention provides two heat zones for meniscus formation to form a temperature distribution in the two heat zones, thereby smoothening the shape of the melt deformed portion. The cooling speed can be reduced by smoothing the relatively thick part and the thin part of the melt-deformed part, and the distortion due to viscous deformation (shear rate) and the density fluctuation of the glass due to the distortion caused by rapid cooling can be reduced. The transmission loss due to the illegal structure can be reduced.
[0056]
Furthermore, since the optical fiber portion after the solidification point can be gradually cooled, the improvement in transmission loss is effective.
[0057]
In the upper flow type drawing furnace according to the present invention, the lower deformation furnace is provided with the adverse effect of rapidly cooling the molten deformed portion by the gas supplied to the core tube, and the supplied deformed portion is sufficiently preheated. From the vicinity of the solidification point, a portion having a diameter of the melt-deformed portion of several mm or less can be removed by slowly cooling, and transmission loss can be reduced.
[0058]
In addition, since the gas supplied to the core tube can be heated in the lower drawing furnace, a relatively large amount of gas can flow, and even if helium gas is used, the temperature of the upper drawing furnace needs to be raised excessively. Therefore, it is possible to prevent deterioration of transmission loss, improve breakage during screening of coated fiber, eliminate disconnection during drawing due to dust adhering to the optical fiber, and improve transmission loss. Productivity and yield can be improved.
[0059]
As shown in FIG. 3, by providing the third heat zone 13 in the upper drawing furnace, it is possible to draw a base material having a large base material diameter (120 mm or more) without deteriorating transmission loss.
[0060]
Next, another embodiment of the manufacturing process of the optical fiber of the present invention using the optical fiber drawing apparatus shown in FIG. 1 will be specifically described.
The capacity of the first heater 4 of the drawing apparatus is 60 kVA, the capacity of the second heater 8 is 20 kVA, and a large optical fiber base material (large base material outer diameter 80 to 140 mm) 60 is set in the drawing furnace. The base material 60 is inserted into the upper drawing furnace 2 set at a temperature of 1900 ° C. to 2100 ° C., and its tip is melted and stretched to form a thick first melt deformed portion 61 and further stretched to be second The heat zone 12 is introduced. The second heat zone 12 is controlled to 600 ° C. to 1600 ° C., and the drawing speed ranges from 250 m / min to 1000 m / min. The position of the second heat zone was determined such that the diameter of the second heat zone was about 1 mm or less. This can be easily determined from drawing furnace data with one heater. The 2nd heat zone 12 was arranged so that the upper part of the 2nd heat zone 12 may come to the position of 300 mm from the lower part of the 1st heat zone 11. This distance is hereinafter referred to as “heat zone interval”. Further, the heat zone interval was set to 600 mm when the drawing speed ranged from 600 m / min to 1400 m / min. At this time, the maximum diameter of the melt deformed portion of the base material introduced into the range of the second heat zone 12 was set to 0.4 mm or less. The optical fiber 65 exiting the second heat zone 12 is cooled at a higher cooling rate than the second heat zone 12 in the atmosphere in which the temperature and flow of the cooling unit 10 isolated from the outside air are arranged as described above. . Further, after being cooled to 1000 ° C. or less by the optical fiber protection cylinder 26, and further cooled to about 30 ° C. to 80 ° C. by the cooling cylinder of the optical fiber cooling device 36, primary coating, ultraviolet curing, secondary coating, and UV-cured, taken up by a capstan, and taken up by a take-up device.
[0061]
Here, it was measured how the shape and the drawing tension of the first melt deformed portion 61 formed in the first heat zone 11 are affected by the temperature of the second heat zone 12. Here, the length of the 1st heat zone 11 was 300 mm, and the length of the 2nd heat zone 12 was 600 mm. The interval between the heat zones was the value shown above. As a result of measuring the temperature of the first heater at 2050 ° C., when the second heater in the second heat zone 12 is turned off, the temperature of the central portion of the second heat zone 12 is 300 ° C. or lower, and the upper drawing furnace 2 In this state, a tension of 1.47 N (150 g) is required in order to pull down from the large preform 60 to an optical fiber strand having an outer diameter of 125 μm under the heater and gas conditions used here. It was necessary. As a result of drawing DSF (dispersion shifted optical fiber) at 500 m / min (depending on the size of the base material, the tension increased as the base material increased), the transmission loss of 1.3 μm and 1.55 μm of the obtained optical fiber was They were 0.376 dB / km and 0.202 dB / km, respectively.
[0062]
Therefore, when the second heater in the second heat zone 12 was operated and heated to 600 ° C., the drawing tension became about 1.37 N (140 g), and when the temperature was raised to 1000 ° C., about 0.98 N ( 100 g), and at this time, the length up to the base metal wire diameter of 0.5 mm drawn from the first melt deformed portion was extended by several tens of mm. As described above, by adjusting the temperature of the second heat zone 12, the shape of the first melt deformed portion can be somewhat controlled, and the tension can be lowered. When the same tension was used, the temperature of the first heat zone could be lowered. Here, by adjusting the temperature of the second heat zone 12, the temperature of the first heater 4 is lowered from 2050 ° C. to 1930 ° C., and the heater temperature of the second heat zone 12 is adjusted to 600 ° C. to 1200 ° C. Thus, the drawing tension could be adjusted in the range of 1.76 N (180 g) to 1.47 N (150 g). This effect was more remarkable when a gas preheating channel was provided in the second heat zone.
[0063]
As a result of drawing the DSF (dispersion shifted optical fiber) under these conditions, the transmission loss of 1.3 μm and 1.55 μm is the drawing speed of 500 m / min, and the DSF of 0.367 dB / km and 0.198 dB / km, respectively. Could be manufactured. Further, by adjusting the temperature of the second heat zone 12, it is possible to draw with almost the same transmission loss up to a linear velocity of 1000 m / min, and at 1.3 μm and 1.55 μm, 0.370 dB / km and 0.200 dB / km, respectively. Met. Further, the transmission loss (hereinafter also referred to as OH loss) due to OH in the 1.38 μm band was reduced by 0.01 to 0.05 dB / km as compared with the conventional 2050 ° C. drawing condition. The OH loss depends on the maximum drawing temperature (first heater temperature), and it decreases in proportion to the decrease in the temperature.
[0064]
As a result of analyzing the cause of the decrease in the transmission loss of the optical fiber manufactured by the manufacturing apparatus of the present invention, the Rayleigh scattering term and the so-called B term of structural improperness are improved. In the invention, the temperature of the first heater 4 can be lowered by 120 ° C. from the conventional temperature, and the first melt deformed portion 61 is extended. However, the second melt deformed portion 63 hardly stretched.
[0065]
  Further, the second melt deformed portion 63 was sufficiently heated, and the cooling rate in that range could be slowed down to about half compared to the conventional case (in the range of 250 m / min to 1600 m / min, the cooling of the conventional single heater). The rate is 0.5-2 ° C./mm, about 3000 to 12000 ° C./s, whereas in the present invention, the cooling rate is from 0.115 ° C./mm to 0.9 ° C./mm, about 750 ° C./s. 4000 ° C / s. By adjusting the first and second heaters, lowering the maximum temperature of the first heater 4 further increases the cooling rate.lateCan improve)Andthinking. Here, the cooling rate is calculated in consideration of the speed of the melt deformed portion at each point of the cooling zone following the second heat zone 12 or the second heat zone 12 due to a change in the outer diameter of the fiber. In other words, the dwell time was calculated in consideration of the slow linear velocity at the thick meniscus. For the sake of simplicity, the dwell time was obtained by obtaining the average speed from the average value of the meniscus diameter of the substantially introduced portion of the second heat zone 12 and the linear velocity at the solidified fiber outer diameter, and the cooling speed was calculated.
[0066]
Furthermore, the provision of the cooling unit 10 can reduce the bending of the fiber and the fluctuation of the outer diameter of the fiber even though the melted and deformed part is extended. Further, since the heater of the second heat zone 12 has little influence on the first melt deformed portion, the thick portion of the melt deformed portion does not have much elongation, and the base material is hardly lost.
[0067]
In the present invention, it is preferable that the first and second heat zones and the atmosphere containing the optical fiber preform are isolated by an isolation means, for example, a core tube. The isolating means has a part where the inner diameter of the isolating means becomes smaller between the first heat zone and the second heat zone, or the inner diameter of the isolating means on the second heat zone side is narrower than that on the first heat zone side. preferable.
[0068]
In the present invention, the heat zone interval is long, and the inner diameter of the core tube 7 of the lower drawing furnace 6 is made as thin as possible (35 to 20 mm in inner diameter) to minimize the influence of heat from the first heat zone 11. The temperature interference between the two heat zones 11 and 12 was reduced. By comprising in this way, the temperature controllability of each heat zone 11 and 12 could be improved, and the elongation of the thick part of the melt deformed part due to interference could be made relatively small.
[0069]
In addition, the drawing tension can be adjusted by controlling the temperature of the second heat zone 12, and a desired drawing tension can be obtained even if the drawing speed is increased without increasing the temperature of the first heat zone 11 so much. . As a result, transmission loss due to OH in the 1.38 μm band could be improved as compared with the conventional drawing furnace even if the drawing speed increased.
[0070]
  In another embodiment, as shown in FIG. 4, a gas preheating flow path 80 through which gas flows as shown by an arrow in the second heat zone.TheThe preheating channel forming body 81 was used. The preheating flow path forming body 81 is composed of a double core tube,ButIt is preferable to have a structure isolated from the space where the heater and the heat insulating material are present. This is to prevent contamination of impurities and dust from the heater and the heat insulating material in the space. Further, instead of the gas inlet 15 or in addition to the gas inlet 15, the gas is introduced from the inlet 82 at the upper part of the double core tube, and flows from the top to the bottom. Preheated gas with base materialIn the atmosphereIn addition, by supplying through the passage, rapid cooling due to the supply gas can be effectively prevented. The gas preheating channel is installed beyond the second heat zone.JustAlso good.
[0071]
  Further, as shown in FIG. 5, the preheating effect can be further enhanced by forming the gas preheating channel 80 with a preheating channel forming body 81 made of a triple core tube. In that case,Instead of the gas inlet 15 or in addition to the gas inlet 15, the gas was introduced from the inlet 82 at the bottom of the triple core tube, and the gas was passed from the bottom to the top and from the top to the bottom, and was sufficiently preheated. There is a base material from the gas outlet 83In the atmosphereThat is, by supplying the inside of the core tube, quenching by the supply gas can be more effectively prevented. This gas is preferably argon (Ar) gas, helium (He) gas, an inert gas containing He gas (Ar, nitrogen, etc.), or a gas containing He or Ar and a trace amount of hydrogen or deuterium. . Hydrogen and deuterium with a concentration below the flammability limit can be prevented from deteriorating by making a reducing atmosphere. Furthermore, the heat conduction of the mixed gas can be improved.
[0072]
  As described above, when the gas preheating flow path is constituted by a triple pipe and the material of the triple pipe is made of high purity carbon, in this case, the heat between the gas and the formed flow path is more efficiently obtained. It can be exchanged and a large flow of gas can be made. In a preferred embodiment, even if a maximum of 40 SLM He, Ar, or a mixed gas thereof is flowed, the fluctuation of the optical fiber diameter is not deteriorated. Adjusting the cooling rate of the fiber by configuring the gas preheating channel with a triple pipe in this wayTheIt can be performed not only by temperature control by the second heater but also by changing the gas flow rate.
[0073]
  Further, in the case of the upper flow type, the preheated gas that flows into the core tube flows mainly upward from the lower side of the second heat zone. On the other hand, in the case of the down flow type, it flows downward from the upstream side of the second heat zone. Thus, by adjusting the temperature of the second heat zone by flowing the preheating gas, the wire diameter fluctuation did not deteriorate even when the gas flow rate was increased. Furthermore, conventionally, unless the gas supply amount is reduced, the cooling rate of the melt-deformed portion due to the gas and the fiber below the solidification point is high, and the transmission loss is deteriorated. ofSupplygasTheIt is possible to improve the transmission loss and the fiber strength (probability of screening breakage). This is because the vapor evaporated mainly from the melt deformed part of the preform becomes silica particles in the low temperature part and reacts with the core tube parts to form SiC particles. Especially thin parts of the meniscusInThis is because it can be exhausted outside the furnace before it adheres. In addition, since the gas itself is preheated, it is considered that the previous vaporization can be reduced and the formation of SiC by reacting with the carbon core tube can be reduced.
[0074]
In this embodiment, the transmission loss is 0.370 dB / km and 0.200 dB / km at 1.3 μm and 1.55 μm, respectively, at a drawing speed of 1000 m / min, and the breaking probability of screening is 1 time / 300 km. 1 time / 600km and improved significantly. On the other hand, in the conventional method, since the transmission loss approaches the same value (although it cannot be reached to the same value), when the gas supply amount is lowered, the breaking probability of screening is greatly reduced to 1 time / 200 km or less. This was particularly noticeable in downflow furnaces.
The loss of the base material was 10 to 13% in the present invention.
[0075]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on the illustrated embodiment, this invention is not limited to these Examples at all.
[0076]
Example 1
  A standard SMF base material (outer diameter 70 to 90 mm) was drawn with the apparatus shown in FIG. The temperature of the first heater 4 was set to 1950 ° C., the temperature of the second heater 8 was set to 600 ° C. or 1200 ° C., and drawing was performed at a linear speed of 500 m / min or 1000 m / min. The drawing tension was 1.18 N (120 g) when the temperature of the second heater 8 was 600 ° C. at a drawing speed of 500 m / min, and 0.78 N (80 g) at 1200 ° C.. ThisUnder the conditions, when the linear velocity doubled, the cooling rate doubled. At speeds exceeding 1000 m / min, adjustments were made to lower the cooling rate by increasing the temperature of the second heater or decreasing the amount of gas supplied into the furnace. A mixed gas of argon gas and He gas was supplied into the furnace.
[0077]
As a result of drawing the standard SMF under these conditions, the transmission loss of 1.3 μm and 1.55 μm was drawn at a drawing speed of 500 m / min, and the temperature of the second heater 8 was 600 ° C. or 1200 ° C., respectively. They were 330 dB / km and 0.183 dB / km.
At a linear velocity of 1000 m / min, the transmission loss of 1.3 μm was 0.334 dB / km when the temperature of the second heater 8 was 600 ° C. and 0.332 dB / km when 1200 ° C. The transmission loss of 1.55 μm was 0.187 dB / km when the temperature of the second heater 8 was 600 ° C. and 0.185 dB / km when 1200 ° C. When the speed was increased, heating of the second heat zone was effective in improving transmission loss.
[0078]
Further, the transmission loss (OH loss) due to OH in the 1.38 μm band is 0.28 dB / km under the condition that the linear heater is 1000 m / min and the temperature of the second heater 8 is 600 ° C., and 0.29 dB / km under the condition of 1200 ° C. It was 0.3 to 0.32 dB / km in the conventional drawing furnace, which was km, and was improved from 0.01 dB / km to 0.04 dB / km.
[0079]
The OH loss depends on the maximum drawing temperature (first heater temperature), and it decreases in proportion to the decrease in the temperature. The loss of the base material was 8% to 16%.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the transmission loss and OH loss can be reduced by setting the cooling rate of the melt deformed portion to 4000 ° C./s or less. As a method and apparatus for reducing the cooling rate of the melt deformed portion, a first heat zone in which a melt deformed portion formed by heating and melting an end portion of an optical fiber preform in a heating furnace is disposed in the heating furnace; Providing optical fibers with excellent quality at low cost by improving transmission loss, improving productivity, and improving yield by using the second heat zone placed below the first heat zone. It has excellent effects such as being able to do so.
[0081]
  In addition, even when the preform is heated using a plurality of heaters, the ratio of extending the thick portion of the melt-deformed portion is reduced by setting the second heat zone to a predetermined temperature range at a predetermined heater interval. Was able to be used effectively. In addition, by heating only where the diameter of the melt-deformed portion is about 0.5 mm or less, the melt-deformed portion does not extend excessively, so transmission loss can be improved without affecting the outer diameter fluctuation of the optical fiber. . Also, the drawing of one conventional heaterFurnace andIn comparison, the maximum temperature of the heater could be lowered, and the melting deformation part of the high temperature part could be shortened, so that OH loss could be improved.
  In addition, since the gas temperature to be supplied can be controlled by providing the gas preheating flow path in the second heat zone, the cooling rate at the narrow part of the melt deformed part can be reduced, and the transmission loss can be further improved. In addition, since the cooling part following the second heat zone and the optical fiber protection cylinder provided directly under the heating furnace prevented rapid cooling by the atmosphere, transmission loss andscreeningThe breakage probability at the time could be improved. Furthermore, by providing a gas preheating flow path in the second heat zone, the molten deformed portion is not rapidly cooled by the cooling gas,SupplyA large amount of gas was allowed to flow, and the probability of breakage during optical fiber screening was greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of an optical fiber drawing device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the optical fiber drawing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the optical fiber drawing device of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a gas preheating channel in an embodiment of the optical fiber manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a gas preheating channel in another embodiment of the optical fiber manufacturing apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Heating furnace
2 Upper drawing furnace
3 Core tube
4 First heater
5 Insulation
6 Lower draw furnace
7 Core tube
8 Second heater
9 Insulation
10 Cooling unit
11 First heat zone
12 Second heat zone
13 Third heat zone
14 Gas introduction part
15 Gas inlet
16 Cylindrical cooling body
17 Insulation cover
18 Shutter
19 Shutter
20 Gas inlet
26 Optical fiber protection cylinder
27 Protection tube
28 Insulation
30 Outside diameter measuring instrument
36 Optical fiber cooling system
40 Die for primary coating
41 UV irradiation equipment
46 Dice for secondary coating
47 UV irradiation equipment
50 Capstan
56 Winding device
60 Optical fiber preform
61 First melt deformation part
63 Second melt deformation part
65 Optical fiber
70 coated fiber
75 3rd heater
76 1st heater
80 Gas preheating channel
81 Preheating channel forming body
82 Inlet
83 Discharge port

Claims (9)

光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融して形成される溶融変形部（メニスカス部をいう。以下同様）の先端に張力を加えて線引きする光ファイバの線引き方法であって、
前記加熱炉は１つの加熱炉内に少なくとも２つのヒートゾーンが形成されており、第１ヒートゾーンを形成する第１ヒータと、前記第１ヒートゾーンの下方に配置され、第２ヒートゾーンを形成する第２ヒータと、前記第１ヒータおよび第２ヒータの外側に設けられた断熱材と、光ファイバ母材を収容する炉心管を有し、
前記炉心管は、前記第１ヒータの内側に配置される太径部と、前記第２ヒータの内側に配置される細径部と、を有し、
前記第１ヒートゾーンは、前記第１ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記炉心管の前記細径部の上端までの領域であり、
前記第２ヒートゾーンは、前記第２ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記第２ヒータの下方に配置された前記断熱材の上端までの領域であり、
前記溶融変形部が、前記少なくとも２つのヒートゾーンで形成され、
前記第２ヒートゾーンの長さは第１ヒートゾーンの長さと同じかそれ以上の長さであり、
前記第１ヒートゾーンを形成するヒータの下端と第２ヒートゾーンを形成するヒータの上端との距離が１００ｍｍ以上６００ｍｍ以下であり、
前記第１ヒートゾーンの温度に対して第２ヒートゾーンの温度を低く設定し、第２ヒートゾーンの温度を６００℃以上１８００℃以下の所定の温度に制御して線引きを行うことを特徴とする光ファイバの線引き方法。An optical fiber drawing method in which an end of an optical fiber preform is heated and melted in a heating furnace and is drawn by applying tension to a tip of a melt deformed portion (referred to as a meniscus portion; hereinafter the same).
The heating furnace has at least two heat zones formed in one heating furnace, and is disposed below the first heat zone and a first heater that forms the first heat zone, thereby forming a second heat zone. A second heater, a heat insulating material provided outside the first heater and the second heater, and a furnace tube that contains an optical fiber preform,
The core tube has a large diameter portion disposed inside the first heater, and a small diameter portion disposed inside the second heater,
The first heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the first heater to an upper end of the small diameter portion of the core tube,
The second heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the second heater to an upper end of the heat insulating material disposed below the second heater,
The melt deformed portion is formed by the at least two heat zones;
The length of the second heat zone is equal to or longer than the length of the first heat zone,
The distance between the lower end of the heater forming the first heat zone and the upper end of the heater forming the second heat zone is 100 mm or more and 600 mm or less,
Drawing is performed by setting the temperature of the second heat zone to be lower than the temperature of the first heat zone and controlling the temperature of the second heat zone to a predetermined temperature of 600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. An optical fiber drawing method. 前記第２ヒートゾーンに対応する溶融変形部の最大の径を２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの線引き方法。  2. The method of drawing an optical fiber according to claim 1, wherein the maximum diameter of the melt-deformed portion corresponding to the second heat zone is 2 mm or less. 前記第２ヒートゾーンに対応する溶融変形部の最大の径を０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの線引き方法。  2. The method of drawing an optical fiber according to claim 1, wherein the maximum diameter of the melt-deformed portion corresponding to the second heat zone is 0.5 mm or less. 前記第２ヒートゾーンに対応する加熱範囲に溶融変形部が完全に固まり光ファイバとなる部分が含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法。The drawing of the optical fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein a melted and deformed portion is completely solidified to be an optical fiber in a heating range corresponding to the second heat zone. Method. 少なくとも第２ヒートゾーンにはガス予熱流路があり、前記ガス予熱流路を通過した予熱ガスを前記光ファイバ母材がある雰囲気内に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法。5. The gas preheating channel is provided in at least the second heat zone, and the preheated gas that has passed through the gas preheating channel is supplied into an atmosphere in which the optical fiber preform is present . 2. An optical fiber drawing method according to item 1. 前記予熱ガスがヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と窒素の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と可燃限界以下の濃度の水素の混合ガス、ヘリウム（Ｈｅ）と可燃限界以下の濃度の重水素の混合ガス、アルゴン（Ａｒ）と可燃限界以下の濃度の水素の混合ガス、又は、アルゴン（Ａｒ）と可燃限界以下の濃度の重水素の混合ガスであり、前記予熱ガスを加熱炉の上方及び／又は下方に流すことを特徴とする請求項５記載の光ファイバの線引き方法。The preheating gas is helium (He) gas, argon (Ar) gas, mixed gas of helium (He) and argon (Ar), mixed gas of helium (He) and nitrogen, helium (He) and a concentration below the flammability limit. Mixed gas of hydrogen, mixed gas of helium (He) and deuterium at a concentration below the flammability limit, mixed gas of argon (Ar) and hydrogen at a concentration below the flammability limit, or concentration of argon (Ar) and a concentration below the flammability limit of a mixed gas of deuterium, drawing method for the optical fiber according to claim 5, wherein, to feed the preheated gas to the upper and / or lower furnace. 前記ガス予熱流路がヒータの雰囲気と隔離されていることを特徴とする請求項５又は６記載の光ファイバの線引き方法。  The optical fiber drawing method according to claim 5 or 6, wherein the gas preheating channel is isolated from an atmosphere of a heater. 前記加熱炉内にある溶融変形部の最も速い冷却速度を４０００℃／ｓ以下とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバの線引き方法。Drawing method for the optical fiber according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the fastest cooling rate of the heating furnace near Ru molten deformed portion than 4000 ° C. / s. 光ファイバ母材の端部を加熱炉で加熱溶融し、溶融して形成される溶融変形部の先端に張力を加えて線引きする光ファイバの線引き装置であって、
前記加熱炉は１つの加熱炉内に少なくとも２つのヒートゾーンが形成されており、第１ヒートゾーンを形成する第１ヒータと、前記第１ヒートゾーンの下方に配置され、第２ヒートゾーンを形成する第２ヒータと、前記第１ヒータおよび第２ヒータの外側に設けられた断熱材と、光ファイバ母材を収容する炉心管を有し、
前記炉心管は、前記第１ヒータの内側に配置される太径部と、前記第２ヒータの内側に配置される細径部と、を有し、
前記第１ヒートゾーンは、前記第１ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記炉心管の前記細径部の上端までの領域であり、
前記第２ヒートゾーンは、前記第２ヒータの上方に配置された前記断熱材の下端部から前記第２ヒータの下方に配置された前記断熱材の上端までの領域であり、
前記第１ヒータと第２ヒータは、独立に温度制御可能であり、
前記溶融変形部が前記少なくとも２つのヒートゾーンで形成されるように、前記第２ヒートゾーンの長さが、前記第１ヒートゾーンの長さと同じかそれ以上であり、前記第１ヒートゾーンの下端と第２ヒートゾーンの上端との距離が１００ｍｍ以上６００ｍｍ以内であり、第１ヒートゾーンのヒータを１７００℃〜２３００℃の範囲に設定して加熱し、第２ヒートゾーンのヒータを６００℃〜１８００℃の範囲に設定して加熱する
ことを特徴とする光ファイバの線引き装置。An optical fiber drawing apparatus that draws an end of an optical fiber preform by heating and melting in a heating furnace and applying tension to a tip of a melt deformed portion formed by melting,
The heating furnace has at least two heat zones formed in one heating furnace, and is disposed below the first heat zone and a first heater that forms the first heat zone, thereby forming a second heat zone. A second heater, a heat insulating material provided outside the first heater and the second heater, and a furnace tube that contains an optical fiber preform,
The core tube has a large diameter portion disposed inside the first heater, and a small diameter portion disposed inside the second heater,
The first heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the first heater to an upper end of the small diameter portion of the core tube,
The second heat zone is a region from a lower end portion of the heat insulating material disposed above the second heater to an upper end of the heat insulating material disposed below the second heater,
The first heater and the second heater can be independently temperature controlled ,
Wherein as the melt deformable portion is formed by said at least two heat zones, the length of the second heat zone, the and the first length of the heat zone and greater than or equal to the lower end of the first heat zone And the upper end of the second heat zone is 100 mm or more and 600 mm or less, the heater of the first heat zone is set in a range of 1700 ° C. to 2300 ° C. and heated, and the heater of the second heat zone is 600 ° C. to 1800 An optical fiber drawing apparatus characterized by heating in a range of ° C.
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