JP4356155B2

JP4356155B2 - 光ファイバの製造方法

Info

Publication number: JP4356155B2
Application number: JP28973699A
Authority: JP
Inventors: 勝也永山; 裕一大賀; 一也桑原; 一郎土屋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: CN1348432A; WO2001027045A1; JP2001114526A; CN1220644C; EP1243567B1; EP1243567A4; US6928840B1; EP1243567A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの低コスト化等の要請から、太径（例えば７０ｍｍφ）の光ファイバ母材から光ファイバを線引きする線引技術も一般的になってきている。このように、太径の光ファイバ母材を線引きする場合には、ネックダウン周辺の空間が大きくなり、この空間を流れるガスの温度分布が不均一となるので、該ガスの流れ乱れが生じ、光ファイバ径の変動が大きくなるため、線引き炉内の雰囲気ガスとして熱伝導率の高いＨｅガスを用いることがある。
【０００３】
また、線引き炉の下の外気の流れの乱れによる光ファイバ径の変動を防ぐため、線引き炉に炉心管延長部（下煙突とも呼称される）を設けて、線引き直後の光ファイバを外気から隔離する技術も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、線引き炉内の雰囲気ガスとして熱伝導率の高いＨｅガスを用いた場合においても、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造することが可能な光ファイバの製造方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法について鋭意研究を行った結果、レイリー散乱強度と線引き後の光ファイバの冷却速度との関係について、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
高温のガラス内では熱エネルギーにより原子は激しく振動しており、低温のガラスに比べて原子配列は乱雑な状態となっている。高温のガラスをゆっくり冷却した場合には、原子の再配列が許される温度範囲では、原子は各温度に対応した乱雑さに配列しながら冷却されるので、ガラス内の原子の乱雑さは構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）に対応した状態となる。しかし、高温のガラスを急激に冷却した場合には、原子配列が各温度に対応した平衡状態に達する前に冷却固定されるために、徐冷した場合に比べて原子配列は乱雑な状態となる。レイリー散乱強度は同一の物質でも原子配列が乱雑な方が大きくなり、通常、線引き後に５０００〜３００００℃／秒の冷却速度で冷却される光ファイバでは、バルクガラスに比べて原子配列が乱雑で、仮想温度が高い状態になっており、これが原因でレイリー散乱強度が大きくなっていると考えられる。
【０００７】
一方、構造緩和に要する時間は温度が低くなるほど長くなるため、例えば１２００℃程度ではその温度に数十時間維持しておかないと構造緩和が起こらない。線引き後の光ファイバは、通常０．数秒で約２０００℃から４００℃程度にまで冷却されるため、線引き工程中の光ファイバが冷却される短時間の間に仮想温度を低くして、１２００℃に近づけるためには、１２００℃よりも高温の状態で徐冷する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者らは線引き後の光ファイバ温度及び冷却速度に着目して、純石英コアファイバの温度が、上述した構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）よりも高温且つ構造緩和が極めて短時間で進行する１７００℃以下の１２００〜１７００℃になっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との関係を調査した。その結果、純石英コアファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との間には、図６に示されるような関係が存在していることが確認された。なお、レイリー散乱強度（Ｉ）は下記（１）式に示すように波長（λ）の４乗に反比例する性質を有しており、この時の率Ａをレイリー散乱率としている。
【０００９】
Ｉ＝Ａ／λ⁴ …………… （１）
【００１０】
これらの結果から、加熱線引きされた光ファイバ、特に光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができるということが判明した。
【００１１】
また、発明者らは、下煙突の長さと伝送損失との関係についても新たに見出した。下煙突の長さを比較的長く設定した場合には、熱伝導率の高いＨｅガスにより光ファイバが下煙突内で急冷されるため、光ファイバのレイリー散乱強度を低減できず、伝送損失が高くなってしまう。
【００１２】
一方、光ファイバの下煙突内におけるＨｅガスによる急冷を抑制するために下煙突の長さを短く設定した場合には、下煙突から出た光ファイバはＨｅガスより熱伝導率の低い外気（空気）により徐冷されるために、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失が低くなる。しかしながら、この場合には、光ファイバが流れの不安定な外気に触れてしまうために、光ファイバ径の変動が大きくなるという問題を有することになる。
【００１３】
ところで、ハーメチックコートファイバの製造方法及び製造装置として、同一出願人による特開平６−４８７８０号公報が存在する。この特開平６−４８７８０号公報に記載されている技術では、線引き炉内をＨｅガス雰囲気とすると共に、線引き炉下部に設けられた反応管内において原料ガス（炭化水素）を分解し、光ファイバ表面にハーメチックコーティングするもので、線引き炉下部と反応管との間に緩衝室を設け、この緩衝室により、Ｈｅガスを外部に排出している。しかしながら、この特開平６−４８７８０号公報には、本発明者が新たに見出した、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができる点については、開示、示唆されていない。
【００１４】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造方法であって、Ｈｅガスからなる雰囲気にて光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられると共に、その内部がＨｅガスより低い熱伝導率を有する所定のガスからなる雰囲気とされた保護管と、を用い、線引き炉と保護管との間の間隙を、Ｈｅガス及び所定のガスが混在するガス混在層とし、ガス混在層への線引きされた光ファイバの入線温度を１４００〜１８００℃の範囲内の温度とする一方、線引き炉にて線引きされた光ファイバを、ガス混在層を介して保護管内に送ることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る光ファイバの製造方法では、保護管を線引き炉との間に所定の間隔を有して設け、更に、この保護管と線引き炉との間の間隔を、所定の熱伝導率を有する第１ガス及び所定の熱伝導率を有する第２ガスが混在するガス混在層としているため、線引き炉内においてはＨｅガスからなる雰囲気が保たれることになり、また、保護管内においては所定のガスからなる雰囲気が保たれることになり、保護管内での光ファイバの冷却速度を遅くすることができる。特に、線引きされた光ファイバのガス混在層への入線温度を、１４００〜１８００℃の範囲内の温度としているため、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなる。この結果、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。
【００１６】
また、保護管を線引き炉との間にガス混在層が存在しているため、線引き炉内にて発生するダストの保護管内への侵入を抑制することができると共に、線引き炉と保護管との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなり、光ファイバ径の変動の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【００１７】
また、ガス混在層を外気と区画するための隔壁を設け、隔壁に、少なくともＨｅガスを排出するためのガス排出部を形成し、ガス排出部から少なくともＨｅガスを外気に排出することが好ましい。このように隔壁を設けることで、外気の流れの乱れの影響が更に受け難くなり、光ファイバ径の変動の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化をより一層抑制することができる。また、隔壁に形成されたガス排出部から少なくともＨｅガスを外気に排出することにより、線引き炉内でのＨｅガス雰囲気と保護管内での所定のガス雰囲気とを効率的に且つ確実に切替えることができる。
【００１８】
また、隔壁に、所定のガスを導入するためのガス導入部を形成し、ガス導入部から所定のガスを隔壁内に導入することが好ましい。このように、隔壁に形成されたガス導入部から所定のガスを隔壁内に導入することにより、ガス排出部から積極的にＨｅガスが排出されることになり、線引き炉内にて発生するダストの保護管への侵入を更に抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の第１実施形態を説明する。
【００２１】
線引き装置１は石英系光ファイバの線引き装置であって、線引き炉１１、保護管２１及び樹脂硬化部３１を有し、これら線引き炉１１、保護管２１及び樹脂硬化部３１は光ファイバ母材２を線引きする方向（図１において、上から下）に、線引き炉１１、保護管２１、樹脂硬化部３１の順で配設されている。母材供給装置（図示せず）に保持された光ファイバ母材２を線引き炉１１に供給し、線引き炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱・軟化させ、光ファイバ３を線引きする。線引き炉１１の炉心管１３には、Ｈｅガス供給部１４からのＨｅガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内がＨｅガスからなる雰囲気となるように構成されている。加熱線引きされた光ファイバ３は炉心管１３内にて、Ｈｅガスにより冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管延長部１６を通過する。Ｈｅガスの熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は、１５０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２２】
保護管２１は、炉心管延長部１６との間に所定の間隔Ｌ１を有して設けられている。保護管２１の線引き炉１１側の端部には、線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出管２２が形成されている。保護管２１は外気と通じており、保護管２１内が空気からなる雰囲気となるように構成されている。空気の熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）であり、Ｈｅガスより低い熱伝導率を有している。なおＨｅガスより低い熱伝導率を有する所定のガスとして、空気を用いる代わりに、Ｎ₂あるいはＡｒ等の分子量の比較的大きいガスを用いることが可能である。Ｎ₂あるいはＡｒ等のガスを用いる場合には、第２ガスの供給源としてのガス供給部を、ガス供給通路を介して保護管２１に接続するように構成することになる。また、排出管２２は必ずしも形成する必要はない。なお、保護管２１は、上述した特開平６−４８７８０号公報に記載されている反応管のようにハーメチックコーティングを行うものではなく、保護管２１に対して炭化水素等の原料ガスが供給されるようには構成されていない。また、保護管２１内の矢印は、保護管２１が光ファイバ３により温められるために発生する上昇流を示している。
【００２３】
保護管２１内においては、光ファイバ３は空気により冷却される。したがって、保護管２１における冷却は、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１５００〜１７００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が、Ｈｅガスでの冷却速度（２００００〜３００００℃／秒程度）よりも遅い冷却速度（４０００〜６０００℃／秒程度）で冷却することにより行われる。
【００２４】
保護管２１の設置位置及び光ファイバ母材２の線引き方向（図１において、上下方向）での全長は、上述した光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が、保護管２１に位置して冷却されるように、線引き速度を考慮して設定されている。ここで、線引き速度を考慮する必要があるのは、線引き速度が速くなることにより、光ファイバ３の同じ温度となる位置が下方に下がるためである。
【００２５】
炉心管延長部１６と保護管２１との間には、緩衝室４１が設けられており、この緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さは、図１に示されるように、ほぼＬ１とされている。なお、炉心管延長部１６と緩衝室４１との間には若干の間隙が存在しており、炉心管延長部１６と緩衝室４１とは直結されてはいない。緩衝室４１は、第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とで構成されている。緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）の内部空間は、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスであるＨｅガスと、保護管２１内の雰囲気ガスである空気とが混在している。ここで、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、各請求項におけるガス混在層を構成している。
【００２６】
第１緩衝室４２は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４３を有しており、この隔壁４３には、線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出穴４４が形成されている。第２緩衝室４５は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４６を有しており、この隔壁４６には、線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出管４７が形成されている。
【００２７】
第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とは、仕切り壁４８により仕切られている。仕切り壁４８には、光ファイバ３が通る光ファイバ通過穴４９が形成されている。光ファイバ通過穴４９の内径は４〜５ｍｍ程度に設定されており、第１緩衝室４２から第２緩衝室４５へのＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストの侵入を抑制するようになっている。また、第２緩衝室４５と保護管２１とは、仕切り壁５０により仕切られている。仕切り壁５０には、光ファイバ３が通る光ファイバ通過穴５１が形成されている。光ファイバ通過穴５１は、光ファイバ通過穴４９と同様に、内径が４〜５ｍｍ程度に設定されており、第２緩衝室４５から保護管２１へのＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストの侵入を抑制するようになっている。なお、排出管４７あるいは排出管２２からＮ₂ガス等を供給することにより、積極的に線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するように構成してもよい。このとき、排出管２２，４７は複数設け、Ｎ₂ガス等を供給する管と、供給されたＮ₂ガス等及び線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス等が排出される管とする。ここで、排出穴４４、排出管４７及び排出管２２は、各請求項におけるガス排出部を構成している。
【００２８】
炉心管延長部１６から出た光ファイバ３は、続いて緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）に入り、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）により外気と接触が抑制された状態で、保護管２１に入る。光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうちの光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が保護管２１内にて冷却されるように、光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度は、１４００〜１８００℃の範囲内の温度とされている。なお、光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度は、特に、１６００〜１８００℃の範囲内の温度に設定することが望ましい。このように、入線温度を１６００〜１８００℃の範囲内の温度とすることにより、比較的温度の高い状態から冷却速度を遅くした冷却が可能となり、レイリー散乱強度を更に低減して伝送損失が一層低くされた光ファイバ３を製造することができる。なお、光ファイバ３の保護管２１への入線温度で規定する場合には、この保護管２１への入線温度を１５００〜１８００℃の範囲内の温度に設定することが望ましい。
【００２９】
保護管２１を出た光ファイバ３は、外径測定器６１により外径がオンライン測定され、その測定値が光ファイバを引き取る装置（図示せず）を回転駆動する駆動モータ（図示せず）にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。その後、光ファイバ３に、コーティングダイス６２によりＵＶ樹脂６３を塗布し、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２によりＵＶ樹脂６３が硬化され、光ファイバ素線４となる。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６４を経て、ドラムにより巻き取られる。なお、ＵＶ樹脂６３の代わりに熱硬化樹脂を用い、この熱硬化樹脂を加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、図２を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、緩衝室の構造が第１実施形態と異なっている。
【００３１】
線引き装置１０１においては、炉心管延長部１６と保護管２１との間に緩衝室１４１が設けられており、この緩衝室１４１の光ファイバ３の線引き方向における長さは、図２に示されるように、Ｌ３とされている。緩衝室１４１の内部空間は、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスであるＨｅガスと、保護管２１内の雰囲気ガスである空気とが混在している。ここで、緩衝室１４１は、各請求項におけるガス混在層を構成している。なお、排出管２２は必ずしも設ける必要はない。
【００３２】
緩衝室１４１は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁１４２を有しており、この隔壁１４２には、Ｎ₂ガスを緩衝室１４１内に導入するための導入管１４３が形成されている。このＮ₂ガスは、Ｎ₂ガス供給部１５１からＮ₂ガス供給通路１５２を介して導入管１４３に送られる。また、隔壁１４２には、線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための排出管１４４も形成されている。緩衝室１４１と保護管２１とは、仕切り壁１４５により仕切られている。この仕切り壁１４５には、光ファイバ３が通る光ファイバ通過穴１４６が形成されている。光ファイバ通過穴１４６は、内径が４〜５ｍｍ程度に設定されている。また、緩衝室１４１内に導入する所定のガスは、Ｎ₂ガスに限られず、空気等を用いるようにしてもよい。緩衝室１４１に導入したガスは大部分が排出管１４４から排出される。なお、Ｎ₂ガス等を導入するのは、Ｈｅガス等が保護管２１に流入しないようにするためであり、保護管２１をＮ₂ガス等を満たすためではない。
【００３３】
次に、図３に基づいて、上述した線引き装置１，１０１を用いて行った実験の結果について説明する。これらの実験において共通の条件は、以下のとおりである。線引きする光ファイバ母材２として、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなり、外径が７０ｍｍのものを用い、光ファイバ母材２から外径１２５μｍの光ファイバ３を線引きした。線引き炉の温度は、炉心管内周面（光ファイバ母材２あるいは光ファイバ３の表面と対向する面）の表面温度で２０００℃程度とした。
【００３４】
実施例１及び実施例２は、上述した第１及び第２実施形態に係る光ファイバの製造方法による実施例であり、比較例１〜比較例４は、上述した第１及び第２実施形態に係る光ファイバの製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００３５】
（実施例１）
第１実施形態における線引き装置１を用いて、線引き速度を４００ｍ／分として光ファイバ３の線引きを行った。保護管２１の内周直径を３０ｍｍに設定し、全長を１０００ｍｍに設定した。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ１は１００ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。なお、緩衝室４１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１８００℃と推定され、保護管２１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６５０℃と推定される。保護管２１においては、線引きされた光ファイバ３のうち温度が１６５０〜１０００℃となる部分が、保護管２１の全長である１０００ｍｍの区間において平均約４３００℃／秒の速度にて冷却されたことになる。また、炉心管延長部１６内でのＨｅガス濃度は１００％であり、緩衝室４１では徐々に低下し（Ｈｅガス濃度は０〜１００％）、保護管２１内では０％（空気の濃度が１００％）であった。
【００３６】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７０ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８５ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、光ファイバ径の変動は±０．１５μｍであった。また、「曲がり異常率」は０％であった。ここで、「曲がり異常率」とは、光ファイバの異なる箇所にて曲率半径を測定して、所定の曲率半径（本実施例では、４．２ｍ）以上の部分を不良として、測定箇所の数ｎ（本実施例では、ｎ＝１０）に対する不良が検出された箇所の数の比率を百分率にて表したものである。
【００３７】
（実施例２）
第２実施形態における線引き装置１０１を用いて、線引き速度を４００ｍ／分として光ファイバ３の線引きを行った。保護管２１の内周直径を３０ｍｍに設定し、全長を１０００ｍｍに設定した。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ３は５０ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。なお、緩衝室４１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１８００℃と推定され、保護管２１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７２０℃と推定される。保護管２１においては、線引きされた光ファイバ３のうち温度が１７２０〜１０５０℃となる部分が、保護管２１の全長である１０００ｍｍの区間において平均約４４６０℃／秒の速度にて冷却されたことになる。また、炉心管延長部１６内でのＨｅガス濃度は１００％であり、保護管２１内では０％（空気の濃度が１００％）であった。
【００３８】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７０ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８５ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、光ファイバ径の変動は±０．１５μｍであった。また、「曲がり異常率」は０％であった。
【００３９】
（比較例１）
図４に示されるように、緩衝室４１，１４１を取り外した構成にて光ファイバの線引きを行った。炉心管延長部１６と保護管２１との間隔Ｌ４は５０ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。その他の実験条件は、実施例１と同じである。
【００４０】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７２ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８６ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．４μｍであり、光ファイバ径の変動は±０．４μｍであった。また、「曲がり異常率」は２０％であった。
【００４１】
（比較例２）
図５に示されるように、保護管２１を取り外した構成にて光ファイバの線引きを行った。炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ５は０．５ｍｍとした。その他の実験条件は、実施例１と同じである。
【００４２】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７５ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８７ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、光ファイバ径の変動は±０．１５μｍであった。また、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４３】
（比較例３）
保護管２１がない構成にて光ファイバの線引きを行った。炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。その他の実験条件は、実施例１と同じである。
【００４４】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７０ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８５ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±１μｍであり、光ファイバ径の変動は±１μｍであった。また、「曲がり異常率」は３０％であった。
【００４５】
（比較例４）
実施例１の実験条件のうち線引き速度の設定のみを変更して光ファイバの線引きを行った。線引き速度は、１００ｍ／分に設定した。なお、緩衝室４１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１３００℃と推定され、保護管２１に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１０００℃と推定される。
【００４６】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７５ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８７ｄＢμｍ⁴／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、光ファイバ径の変動は±０．１５μｍであった。また、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４７】
以上のように、実施例１及び実施例２においては、レイリー散乱率が０．８５ｄＢμｍ⁴／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１７０ｄＢ／ｋｍとなり、炉心管延長部１６の長さを長くした比較例２のレイリー散乱率が０．８７ｄＢμｍ⁴／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１７５ｄＢ／ｋｍと比べて、レイリー散乱率を低減して、伝送損失を低減することができた。
【００４８】
また、実施例１及び実施例２においては、光ファイバ径の変動が±０．１５μｍ、「曲がり異常率」が０％となり、緩衝室４１を取り外して線引き炉１１と保護管２１との間に間隔Ｌ４を有した状態で線引きを行った比較例１の光ファイバ径の変動が±０．４μｍ、「曲がり異常率」が２０％、及び、保護管２１を取り外した比較例１の光ファイバ径の変動が±１μｍ、「曲がり異常率」が３０％と比べて、光ファイバ径の変動の発生、及び、光ファイバの曲がりの悪化を抑制することができた。
【００４９】
また、比較例４においては、レイリー散乱率が０．８５ｄＢμｍ⁴／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１７５ｄＢ／ｋｍとなり、線引き速度を４００ｍ／分とした実施例１よりも伝送損失が高くなっている。これは、比較例４では線引き速度が１００ｍ／分と遅いため、光ファイバ３がＨｅガスにより炉心管延長部１６を出るまでに急冷されたためと考える。
【００５０】
このように、上述した実験結果からも明らかなように、本実施形態に係る光ファイバの製造方法においては、保護管２１を炉心管延長部１６との間に所定の間隔を有して設け、更に、この保護管２１と線引き炉１１との間の間隔を、Ｈｅガス及び空気が混在するガス混在層（緩衝室４１，１４１）としているため、線引き炉１１内においてはＨｅガスからなる雰囲気が保たれ、緩衝室４１，１４１内ではＨｅガスと空気が混在し、また、保護管２１内においては空気からなる雰囲気が保たれることになり、保護管２１内での光ファイバの冷却速度を遅くすることができる。特に、線引きされた光ファイバ３のガス混在層への入線温度を、１４００〜１８００℃の範囲内の温度としているため、光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなる。この結果、光ファイバ３の構造緩和が短時間の内に進行し、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３の製造が可能となる。なお、より一層レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くするためには、線引きされた光ファイバ３のガス混在層への入線温度を、１６００〜１８００℃の範囲内に設定することが好ましい。
【００５１】
また、保護管２１と線引き炉１１との間にガス混在層が存在しているため、線引き炉１１内にて発生するダストの保護管２１内への侵入を抑制することができると共に、線引き炉１１と保護管２１との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなり、光ファイバ径の変動の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化も抑制することができる。
【００５２】
また、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、複数の排出穴４４が形成された隔壁４３、及び、複数の排出管４７が形成された隔壁４６とを有しているので、外気の流れの乱れの影響をより確実に抑え、光ファイバ径の変動の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化をより一層抑制することができる。
【００５３】
また、隔壁４３に形成された排出穴４４、隔壁４６に形成された排出管４７及び保護管２１に形成された排出管２２からＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを外気に排出することにより、線引き炉１１内でのＨｅガスからなる雰囲気と保護管２１内での空気からなる雰囲気とを効率的に且つ確実に切替えることができる。
【００５４】
また、緩衝室１４１を外気と区画するための隔壁１４２に、Ｎ₂ガス供給部１５１からＮ₂ガス供給通路１５２を介して送られるＮ₂ガスを導入するための導入管１４３を形成し、この導入管１４３から緩衝室１４１内にＮ₂ガスを導入することにより、同じく隔壁１４２に形成された排出管１４４から線引き炉１１内から流れてくるＨｅガス及び線引き炉１１内にて発生するダストが積極的に排出されることになり、線引き炉１１内にて発生するダストの保護管２１への侵入を更に抑制することができる。
【００５５】
なお、第１実施形態においては、線引き装置１における緩衝室４１を第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５にて構成しているが、これに限られることなく、３室以上の緩衝室を設けるように構成してもよい。
【００５６】
また、第１及び第２実施形態において、炉心管延長部１６と保護管２１との間にガス混在層がある限り、緩衝室４１，１４１自体を、必ずしも設ける必要はない。この場合には、線引き炉１１（炉心管延長部１６）と保護管２１とを近接して設ける、たとえば線引き炉１１（炉心管延長部１６）と保護管２１との間隔Ｌ１を１０ｍｍ程度とすることにより、線引き炉１１と保護管２１との間の空間が、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスとなるＨｅガス及び保護管２１内の雰囲気ガスとなる所定のガス（空気又はＮ₂ガス等）が混在したガス混在層とされて、実質的に外気から区画された状態となり、緩衝室４１，１４１を設けた場合と同様の作用効果を奏することになる。但し、緩衝室４１，１４１内の圧力を外気圧よりも高くして、外気の流れの乱れを受け難くすることを確実に行うことができるという点で、緩衝室４１，１４１を設けた構成を採用する方が好ましい。
【００５７】
また、本発明は、上述した実施例において用いた、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる光ファイバ母材以外に、たとえばコア部にＧｅが添加されたＧｅ添加光ファイバ母材の線引きに対しても適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、線引き炉内の雰囲気ガスとして熱伝導率の高いＨｅガスを用いた場合においても、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造することが可能な光ファイバの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバの製造方法の第１実施形態を示す概略説明図である。
【図２】本発明による光ファイバの製造方法の第２実施形態を示す概略説明図である。
【図３】本発明による光ファイバの製造方法による実施例と比較例を示す図表である。
【図４】比較例による光ファイバの製造方法を示す概略説明図である。
【図５】比較例による光ファイバの製造方法を示す概略説明図である。
【図６】レイリー散乱率と光ファイバの冷却速度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１，１０１…線引き装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１１…線引き炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…Ｈｅガス供給部、１５…Ｈｅガス供給通路、１６…炉心管延長部、２１…保護管、２２…排出管、４１，１４１…緩衝室、４２…第１緩衝室、４３，４６，１４２…隔壁、４４…排出穴、４５…第２緩衝室、４７，１４４…排出管、４８，５０，１４５…仕切り壁、４９，５１，１４６…光ファイバ通過穴、１４１…緩衝室、１４３…導入管、１５１…Ｎ₂ガス供給部、１５２…Ｎ₂ガス供給通路。

Claims

光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造方法であって、
Ｈｅガスからなる雰囲気にて前記光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、前記線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられると共に、その内部が前記Ｈｅガスより低い熱伝導率を有する所定のガスからなる雰囲気とされた保護管と、を用い、
前記線引き炉と前記保護管との間の前記間隙を、前記Ｈｅガス及び前記所定のガスが混在するガス混在層とし、
前記ガス混在層への前記線引きされた光ファイバの入線温度を１４００〜１８００℃の範囲内の温度とする一方、前記線引き炉にて前記線引きされた光ファイバを、前記ガス混在層を介して前記保護管内に送り、
前記ガス混在層を外気と区画するための隔壁を設け、
前記隔壁に、少なくとも前記Ｈｅガスを排出するためのガス排出部を形成し、
前記ガス排出部から少なくとも前記Ｈｅガスを外気に排出することを特徴とする光ファイバの製造方法。
前記隔壁に、前記所定のガスを導入するためのガス導入部を形成し、
前記ガス導入部から前記所定のガスを前記隔壁内に導入することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。