JP4444926B2 - 光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法に関し、特に光通信に用いる各種の光ファイバの光損失を低減する光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法に関する。

近年、アクセス系への光ファイバ網の導入展開（ＦＴＴＨ：Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）や、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（商標登録）に代表される光ＬＡＮ技術の進展によって、ユーザ自身が構築するユーザ系のネットワークも大きな広がりを見せている。これらの領域では、１．３μｍ帯零分散単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）が、また長距離伝送用には、１．５５μｍ帯分散シフト単一モード光ファイバ（ＤＳＦ）など石英系ガラスから作製される各種の光ファイバが用いられている。

また、複数の異なる波長の光信号を１本の光ファイバによって伝送する光波長多重（ＷＤＭ）技術が進展し、光信号の通信に用いる波長領域が拡大している。今後も光通信の距離と使用波長領域を拡大するためには、信号の伝送媒体である前記光ファイバにおける光損失の低減が不可欠である。

石英系ガラスからなる光ファイバは、ＳｉＯ₂を主成分として構成され、通常、光を導波する構造を形成するために、ＧｅＯ₂やＦなどが少量添加されている。このうち損失が最も低い光ファイバとして、コアに純石英ガラスが用いられた構造の光ファイバが知られている（以下、これらを総称して、石英系光ファイバと呼ぶ）。

このような石英系光ファイバの損失要因として最も支配的なものは、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱（以下、レイリー散乱と称する）であり、その強度は波長の−４乗に比例しており、短波長域ほど増加する。このレイリー散乱は密度揺らぎと濃度揺らぎによって生じる。石英系光ファイバでは、密度揺らぎ成分Ｒｄの寄与が大きいことが知られており、前記密度揺らぎ成分Ｒｄは仮想温度Ｔ_fに比例して大きくなることが実験的にも明らかにされている（非特許文献１を参照）。また、この非特許文献１には、バルク状態の石英系ガラスでは、最適な熱処理条件にて処理すれば、前記仮想温度Ｔ_fを９００℃から１０００℃付近まで低減することができることについても記載されている。

なお、ガラスは高温の液体構造が凍結されたものと考えられており、仮想温度Ｔ_fは凍結された構造に対応する温度である。この構造の緩和に必要な時間（以下、緩和時間と称する）τは、ガラスの粘度が増加する低温ほど長くなる。したがって、非特許文献２にも記載される通り、石英系光ファイバは、通常、２０００℃程度の高温から高速で線引きされるため、仮想温度Ｔ_fは石英系ガラスの軟化点温度である１６００℃付近で高止まりしている。

上記のような観点から、非特許文献１，２では、線引き炉の下方に、別途、光ファイバを徐冷するための徐冷炉を設け、ガラスの構造の緩和を促進して、仮想温度Ｔ_fおよびレイリー散乱による光損失を低減させる方法が提案されている。

K.Saito et al., "Limit of the Rayligh scattering loss in silica faiber", Appl.Phys.Lett., vol.83, no.25, pp.5175-5177, 2003 坂口 茂樹著、 "シリカコア光ファイバの熱処理によるレイリー散乱の低減"，電子情報通信学会論文誌Ｃ．，vol.J83-C，No.1，pp.30-36，2000年1月 U.C.Peak et al.,"Calculation of Cooling Rate and Induced Stresses in Drawing of Optical Fibers",Journal of The American Ceramic Society-Paek and Kurkjian., Vol.58,No.7-8,pp.330-335,Jul-Aug.1975 K.Tsujikawa et al.,"Intrinsic loss of optical fibers",Opt.Fiber.Technol.,Vol.11,pp.319-331,2005

しかしながら、上述した非特許文献１，２に記載の技術では、線引き炉と徐冷炉を併用しており、設備コストが増大してしまう、という課題がある。

経済性の観点から、線引き速度は速く、徐冷炉は小さい方が良いが、このような方法では、高速線引きに対応させるためには、その速度に応じて徐冷炉の長さを拡大しなければならなかった。

これらの点に加えて、非特許文献１には、徐冷炉の温度を一定の徐冷温度Ｔａに設定し、光ファイバを冷却し、その温度ＴがＴ＝Ｔａとなる位置に徐冷炉を設置することが記載されている。しかし、後述するように、光ファイバの温度Ｔは冷却時間の関数であり、上記方法では、この徐冷炉の設置位置を線引き速度に応じて変化させるか、前記徐冷炉自体を大型化させ、その上で線引き速度に対して徐冷を行う炉内の空間的な領域を変化させるといった煩雑な制御が必要であった。また、徐冷温度Ｔａを原理的に約１０００℃以上に設定することが必要なために、徐冷炉内の特定の広い領域を前記徐冷温度Ｔａに保持する加熱用ヒータが別途必要となり、その分電力などのエネルギー消費が増大してしまう。

また、非特許文献２に記載の技術では、線引き炉直下に徐冷炉の設置が想定されており、徐冷炉の設置位置の問題は解消されるものの、任意の線引き速度でレイリー散乱を低減するには、様々な線引き速度に対して、どのように線引き炉の長さや炉内温度分布を調整すれば良いのかについて、定量的な指針は示されていない。

そこで、本発明者らは、鋭意研究を進め、任意の線引き速度に対して上記線引き炉の長さや炉内温度分布の定量的な指針を見出し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、上述した課題に鑑み提案されたものであり、製造コストの増加を抑制すると共に、レイリー散乱による光損失を低減させた光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法、具体的には、付随的な徐冷炉を必要とせず、任意の長さの線引き炉に対して、小さなエネルギー消費で行える簡易な温度制御によってレイリー散乱による光損失を低減した光ファイバを製造可能な光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法は、
線引き炉内に配置される加熱手段の下方に炉内の温度が長手方向の距離に対して１６００℃から連続的に減少する一定長の徐冷区間を設けた線引き炉を用いて、石英系の光ファイバ母材を前記加熱手段により１６００℃以上の高温で加熱し線引きしてなる光ファイバ本体を室温まで冷却させて光ファイバを製造する際の、前記光ファイバ本体を室温まで冷却させる冷却過程において、
当該光ファイバ本体の温度が１６００℃近傍に到達した後に前記徐冷区間に当該光ファイバ本体が滞在する時間が所定の徐冷時間ｔ１となるように線引き速度または前記徐冷区間の全長を設定するとともに、
前記所定の徐冷時間ｔ１後に到達する当該光ファイバ本体の温度Ｔ１が９００℃以上の温度となるように前記徐冷区間の最下部の設定温度Ｔｍｉｎを設定する
光ファイバの製造における前記所定の徐冷時間ｔ１を決定する方法であって、
前記温度Ｔ１における石英系光ファイバの緩和時間τを求め、
前記所定の徐冷時間ｔ１を求められた前記緩和時間τの１０^-2倍以上２倍以下の範囲とする
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法は、第１の発明に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法であって、
前記温度Ｔ１における石英系光ファイバの緩和時間τを求め、
前記所定の徐冷時間ｔ１を求められた前記緩和時間τの略０．３倍とする
ことを特徴とする。

本発明に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法によれば、温度の関数である石英系光ファイバの緩和時間τの温度変化から見出される、任意の徐冷時間に対して炉内の最適な温度勾配を与える指針に基づいて、炉内の最下部の温度を制御することによって行われるため、付随的な徐冷炉を用いる必要が無く、小さなエネルギー消費で簡易に光ファイバのレイリー散乱損失の低減を任意の線引き速度において行うことができる。また、一定温度の徐冷炉を用いる場合に比べて、厳密な温度条件の制御が不要になる。

さらに、一定範囲の速度で線引きを行う場合には、上記の指針に基づいて、最適な炉長を決定することが可能になるので、予め線引き速度に適したサイズの線引き炉を設計・準備することによって、効率的・経済的に低損失な光ファイバを製造することが可能になる。

以下に、本発明の最良の形態に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法につき、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の原理と最良の形態に係る線引き炉を説明するための模式図であり、図１（ａ）に線引き炉にて光ファイバを線引きした状態を示し、図１（ｂ）にそのときの温度分布を示す。図２は、本発明の最良の形態に係る線引き炉の徐冷区間に光ファイバ本体が滞在する時間とその時の温度との関係の一例を示す図であり、図３は、石英系光ファイバの緩和時間τの温度依存性の一例を示す図である。

本発明の最良の形態に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法の原理についての説明を理論的なモデルを用いて行う。なお、以下のモデルは、非特許文献２，３でも用いられており、実際の線引き条件との良好な対応関係が期待できるものである。

本発明の最良の形態に係る線引き炉２０は、図１に示すように、線引き炉本体１０と、線引き炉本体１０内に配置され、石英系のガラス母材（光ファイバ母材）１を１６００℃以上の高温で加熱する加熱手段である加熱用ヒータ１３とを有し、線引き炉本体１０は、加熱された光ファイバ母材１を線引きさせそのネックダウン１ａを終了させてなる光ファイバ本体２を加熱用ヒータ１３の下部に温度が長手方向の距離に対して、１６００℃から連続的に冷却させる一定長の徐冷区間１１を有する。この光ファイバ本体２は、炉外１２にて室温に急速に冷却されて光ファイバとなる。

すなわち、上記線引き炉１０による光ファイバの製造方法では、線引き炉１０内で光ファイバ母材１のネックダウン１ａが終了し、その外径ｄが１２５μｍとなる位置をＺ＝０とすると共に、ここでの光ファイバ本体２の温度Ｔを純石英ガラスの軟化点の１６００℃とする。炉内温度ＴｚもＺ＝０の位置でＴ₀＝１６００℃とし、最下点（Ｚ＝Ｌ）での温度Ｔｍｉｎまで、Ｔｚが直線的に減少する徐冷ゾーン（徐冷区間）１１を仮定する。線引き速度をｖとすると、徐冷区間１１の全長Ｌ内に時間ｔｌ（＝Ｌ／ｖ）だけ光ファイバ本体２は滞在し、その後、炉外１２にて室温に急冷されて光ファイバとなる。

線引き炉１０内の徐冷区間１１の温度分布Ｔｚは（１），（２）式で表される。また、線引き炉１０内を光ファイバ本体２が通過するとき、この温度は長手方向の熱伝導が光ファイバ本体２の表面における対流熱伝達に比べて小さく、また、熱容量が小さいことから断面内で温度は一様となるため、光ファイバ本体２の温度Ｔと時間ｔとの関係を（３）式にて表すことができる。ｈは熱伝達係数であり、ｃとρは純石英ガラスの比熱と密度である。ただし、下記式では、ｃ＝１．０ｋＪ／ｋｇＫ、ρ＝２２００ｋｇ／ｍ³として計算した。

ここで、図１に示すように、加熱用ヒータ１３が線引き炉１０の上方にのみ設置されている一般的な場合も、（１）式のような長手方向に直線的に変化する温度分布が、一次的な近似として良好に成立する。さらに、線引き炉の最下部や中間部に別途加熱用ヒータを設置し、適切な制御を行えば、徐冷区間の全域にわたって、ほぼ完全に直線的に変化する温度分布を実現することが可能である。Ｔｍｉｎ＝１０００℃の条件で以下の（１）〜（３）式を解き、ｔｌ（ｓ）を０．５、１、２としたときのＴ（ｔ）の計算結果を図２に示す。ただし、上記熱伝達係数ｈとして、非特許文献２に記載の２１０Ｗ／ｍ²Ｋを用いた。なお、前記熱伝達係数ｈは線引き炉内の雰囲気ガスなどの条件によって多少変化するが、光ファイバの温度Ｔの時間変化から実験的に決定することも可能な定数である。

Ｔｚ ＝ Ｔ₀−ｒｔ ・・・・・・・・・・（１）
ｒ ＝ ｖ（Ｔ₀−Ｔｍｉｎ）／Ｌ＝（Ｔ₀−Ｔｍｉｎ）／ｔｌ ・・・・・ （２）
ｄＴ／ｄｔ ＝ −４ｈ／ｃρｄ（Ｔ−Ｔｚ） ・・・・・・・（３）

図２には、線引き炉内のみにおける光ファイバ本体の温度変化を図示しており、この後、光ファイバ本体は炉外にて室温条件で急冷されて光ファイバとなる。線引き炉外にて光ファイバ本体の温度変化が極めて急速に起こるため、ガラス構造の緩和、すなわち仮想温度Ｔ_fの減少はほとんど生じない。このことは、１０ｍ／ｓ程度の高速で線引きされる市販の石英系光ファイバでは、レイリー散乱による光損失がほぼ一定の値になることからも裏付けられる。そこで、以下では線引き炉内における仮想温度Ｔ_fの変化だけに限定する。

一方、緩和時間τ（Ｔ）を用いて、光ファイバ本体の仮想温度Ｔ_fと実際の光ファイバ本体の温度Ｔとの関係は（４）式によって近似的に記述されることが知られている。ここでＴ_f0は仮想温度Ｔ_fの初期値の１６００℃である。緩和時間τ（Ｔ）は赤外吸収スペクトルなどから決定することが可能であり、ここでは非特許文献１で示される結果を引用し、図３に示す。この図では、横軸に光ファイバ本体の温度Ｔを示し、縦軸に緩和時間τを示す。この図に示すように、光ファイバ本体の温度Ｔが低くなるほど、緩和時間τ（Ｔ）は増大する。

また、（４）式から、仮に非特許文献１のように、一定温度Ｔ_kで光ファイバを時間ｔ保持する場合、保持温度Ｔ_kとしては、緩和時間τ（Ｔ_k）がｔと同程度になるような温度を選ぶ必要がある。

Ｔ_f ＝ Ｔ＋（Ｔ_f0−Ｔ）ｅｘｐ（−ｔ／τ（Ｔ）） ・・・・（４）

一方、本発明においては、一定温度での保持・徐冷は行わず、光ファイバ本体には、概略として図２に示すような温度変化が与えられる。この時、ｔｌが長いほど光ファイバの徐冷が可能となり、その一方で光ファイバ本体の温度ＴはＴｍｉｎに近づく。しかし、ｔｌ（＝Ｌ／ｖ）は徐冷区間長Ｌと線引き速度ｖによって決定されるので、前記徐冷区間長Ｌが一定の条件で、任意の線引き速度ｖの値に対して効果的に仮想温度Ｔ_fの低減を行うには、ｔｌ秒後の光ファイバ本体の温度Ｔ（ｔｌ）を最適化する必要がある。そのためには、上記の場合と同様に、ｔｌと緩和時間τ（Ｔ（ｔｌ））とを同程度に設定することが目安になる。実施例１で述べるように、その条件は、一定温度で保持・徐冷する場合よりも大幅に緩和され、その結果、厳密な温度制御が本発明では不要となる。

本発明において、上記条件を、線引き炉の最下点の温度Ｔｍｉｎを適切な値Ｔｐに設定することで実現する。その際にはＴｐは（３）式のパラメータｈ，ｃ，ρ，ｄとτ（Ｔ）、さらにｔｌの値から与えられる。よって、徐冷区間長Ｌが一定の時は、線引き速度ｖに応じてＴｍｉｎを変化させることで、最小限の設備で経済的に低損失な光ファイバの製造が可能となる。また、線引き速度ｖが一定の線引き条件を予め想定している際には、徐冷区間に光ファイバ本体が滞在する時間に応じて、最適な徐冷区間長Ｌをもつ線引き炉を設計・準備し、Ｔｍｉｎを適切な値に設定することが可能となる。

したがって、本発明の最良の形態に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法によれば、温度の関数である石英系光ファイバの緩和時間τの温度変化から見出される、任意の徐冷時間に対して炉内の最適な温度勾配を与える指針に基づいて、炉内の最下部の温度を制御することによって行われるため、付随的な徐冷炉を用いる必要が無く、小さなエネルギー消費で簡易に光ファイバのレイリー散乱損失の低減を任意の線引き速度において行うことができる。また、一定温度の徐冷炉を用いる場合に比べて、厳密な温度条件の制御が不要になる。

さらに、一定範囲の速度で線引きを行う場合には、上記の指針に基づいて、最適な炉長を決定することが可能になるので、予め線引き速度に適したサイズの線引き炉を設計・準備することによって、効率的・経済的に低損失な光ファイバを製造することが可能になる。

また、上述した線引き炉によれば、付随的な徐冷炉を用いる必要が無いため、設備コストの増加を抑制することができ、光ファイバの仮想温度Ｔ_fを低減させ、そのレイリー散乱を低減させることで、低損失な光ファイバを低コストにて製造することができる。

以下に、本発明の第１の実施例に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法について、図面を用いて説明する。本実施例は、徐冷時間ｔｌ後の光ファイバ本体の温度Ｔ（ｔｌ）の具体的な設定値と設定方法に関するものである。

図４は、後述する関係式（５）のパラメータｍと徐冷時間ｔ１後の光ファイバ本体の温度Ｔ（ｔｌ）およびこの時の炉の最下点の温度Ｔｍｉｎの設定値Ｔｐの関係を示す図であり、図５は、パラメータｍと仮想温度Ｔ_fの関係を示す図であり、図６は、線引き炉の最下点の温度Ｔｍｉｎの設定値Ｔｐと仮想温度Ｔ_fの関係を示す図である。

ｔｌと緩和時間τ（Ｔ（ｔｌ））を同程度の値に設定した場合のＴ（ｔ１）とＴｐを決定するために（５）式を仮定し、ｍを０．０００１〜５の範囲で変化させた。

ｔｌ＝ｍ×τ（Ｔ（ｔｌ）） ・・・・・・（５）

上記（５）式において、一例としてｔｌ＝１（ｓ）とし、パラメータｍを変化させた時の、Ｔ（ｔｌ）と、この時に必要となる最下点の温度Ｔｍｉｎの設定値Ｔｐを図４に示し、（４）式から得られるＴ_fを図５に示す。さらに、ＴｐとＴ_fとの関係を図６に示す。なお、緩和時間τの値については、図３（非特許文献１）から見積もった。

図４に示すように、最下点の温度Ｔｐの値を制御することにより、所望のＴ（ｔｌ）を得ることが可能になる。また、図５に示すように、パラメータｍが１０^-5以上１０以下の範囲にて、仮想温度の変化が非常に緩やかであることが分かった。すなわち、図５および（５）式から、ｔ１を光ファイバの緩和時間τ（Ｔ）の１０^-5倍以上１０倍以下の範囲とし、好適には１０^-2倍以上２倍以下の範囲とすることで、適切な仮想温度Ｔ_fを得られることができることが分かった。また、図６に示すように、Ｔｐに対する仮想温度Ｔ_fの変化は非常に緩やかであり、Ｔｐが５００℃変化しても、Ｔ_fは極小値から２０℃程度しか変化しないことが分かった。よって、Ｔｐの制御の条件は非常に容易なものであることが分かった。

これは、図２と図３から理解できるように、本発明では、緩和時間τの値が非常に小さな高温域から徐冷を開始し、最終的に光ファイバ本体の温度がＴ（ｔｌ）に至るためＴｐの値の変化がＴ_fへ及ぼす影響が小さくなるからである。非特許文献１に示されるように、光ファイバ本体を一定の温度にて保持する場合、最適な徐冷炉の温度が５０℃程度の狭い範囲に限られることと比べると、これは本発明の大きな優位点である。なお、Ｔｐの制御については線引き炉の大きさに応じて、線引き炉の最下部や、さらには徐冷区間の中間部への加熱用ヒータの設置、もしくは線引き炉の外側からの強制的な冷却によって適宜行うことができる。

したがって、本発明の第１の実施例に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法によれば、当該光ファイバ本体の温度が１６００℃近傍に到達した時間をｔ＝０とした時に、前記所定の徐冷時間ｔ１がＴ１における当該の光ファイバの構造を緩和に要する時間τの１０^-5倍以上１０倍以下の範囲とし、好適には１０^-2倍以上２倍以下の範囲とすることにより、付随的な徐冷炉を必要とせず、任意の長さの線引き炉に対して、小さなエネルギー消費で行える簡易な温度制御によってレイリー散乱による光損失を低減した光ファイバを製造することができる。

以下に、本発明の第２の実施例に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法について、図面を用いて具体的に説明する。本実施例は、異なるｔｌの値に対して最適な温度条件で光ファイバの線引きを行った際の光損失の低減効果に関するものである。

図７は、単一モード光ファイバおよびマルチモード光ファイバの徐冷時間とレイリー散乱係数との関係を示す図である。

本発明の第２の実施例に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法では、図５の結果から、パラメータｍの最適値として、０．５を用いた。ここで、（５）式でｍ＝０．５とした時の、ｔｌとＴ（ｔｌ）とＴｐを表１に示す。ただし、Ｔｐの制限条件を室温２５℃以上に限定したことにより、ｔｌ＝０．１の場合についてだけｍ＝２とした。

本発明者らは、非特許文献４において、ＧｅＯ₂をドープした石英ガラスをコアに用いた光ファイバのレイリー散乱係数Ｒが、以下の（６）式によって良好に近似できることを見出している。ここで、Δは純石英ガラスとの比屈折率差（％）である。

R（dB/km/μm⁴） ＝ 4.1 × 10^-4（ T_f + 273.1 ）（ 1 + 0.62Δ ） ・・・・（６）

表１の温度条件で、（６）式を用いてＧｅＯ₂ドープ石英コアの単一モード光ファイバＳＭＦ（Δ＝０．３５％）とマルチモード光ファイバＭＭＦ（Δ＝１．０％）のレイリー散乱係数Ｒをそれぞれ計算し、その結果を図７に示す。なお、市販の光ファイバは、一般に１０ｍ／ｓ程度の高速で線引きされ、線引き炉の最下部の温度制御も行われていないので、徐冷されない時（ｔｌ＝０，Ｔ_f＝１６００℃）の値にほぼ対応していると考えられる。実際に、ＳＭＦのｔｌ＝０の時のレイリー散乱係数Ｒの計算値０．９３は、市販のＳＭＦのレイリー散乱係数Ｒの平均的な値とほとんど一致する。また、ＭＭＦのｔ１＝０の時のレイリー散乱係数Ｒの計算値は、１．２４であった。また、図７に示すように、ＳＭＦおよびＭＭＦのレイリー散乱係数Ｒはｌｏｇ（ｔｌ）に対して直線的に減少する。各光ファイバでは、図中の点線で示した徐冷されない（ｔ１＝０）時の値からの減少量は８〜１８％程度である。

既に述べたように、本発明では、Ｔｐを制御することで、各種の石英系光ファイバに対して、任意の線引き速度で損失の低減効果を得ることができる。

例えば、徐冷区間長Ｌが５０ｃｍの場合を想定し、レイリー散乱係数Ｒの値から短波長側でのレイリー散乱損失（＝Ｒ／λ⁴，λ：波長）に換算すると、ｖ＝５ｍ／ｓの時はｔｌ＝０．１ｓとなり、ｔｌ＝０の時の値と比較して、ＳＭＦでは波長１．３μｍで約０．０３ｄＢ／ｋｍの損失低減効果を得ることができ、ｖ＝０．５ｍ／ｓの時はｔｌ＝１ｓとなり、同様にＭＭＦでは波長０．８μｍで約０．４ｄＢ／ｋｍの損失低減効果を得ることができる。

また逆に、線引き速度ｖの範囲が決まっている時は、目標とするレイリー散乱係数Ｒおよび損失の値からｔｌが決定できるので、予め最適な徐冷区間長Ｌを算出することが可能になり、線引き炉の設計準備・製造に役立てることができる。

以下に、本発明の第３の実施例に係る光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法について、図面を用いて具体的に説明する。本実施例は、徐冷ゾーン長Ｌと徐冷時間ｔ１の値に対する仮想温度Ｔ_fの変化とレイリー散乱係数Ｒの低減効果に関するものである。

図８は、炉内での徐冷時間ｔに対する光ファイバ本体の温度Ｔおよび仮想温度Ｔ_fの関係を示す図である。

実際に徐冷区間長Ｌ＝３０ｃｍ、線引き速度ｖ＝１ｍ／ｓ、ｔ１＝０．３ｓの条件を満たす線引き炉で、比屈折率差Δ＝０．３３％のＧｅＯ₂ドープ石英コアのＳＭＦを線引きし、その損失波長特性からレイリー散乱係数Ｒを計算したところ、０．８ｄＢ／ｋｍ／μｍ⁴であった。一方、線引き炉内の温度分布を測定したところ、高温領域では、長手方向に約１００℃／ｃｍの割合で温度が低下していた。

そこで、図８に示すように、線引き炉内温度分布Ｔｚを仮定して、光ファイバ本体の徐冷時間ｔ（位置Ｚ）に対する光ファイバの温度Ｔと仮想温度Ｔ_fをそれぞれ計算した。この図に示すように、Ｔ_fの値は約１４００℃となった。このとき、（６）式から得られるレイリー散乱係数Ｒの値は０．８３となり、実際に得られた値は０．８とほとんど一致した。

本発明は、光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法に利用可能であり、特に光通信に用いる各種の光ファイバの光損失を低減する光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法に利用することが可能である。

本発明の原理と最良の形態に係る線引き炉を説明するための模式図である。 本発明の最良の形態に係る線引き炉の徐冷区間に光ファイバ本体が滞在する時間とその時の温度との関係の一例を示す図である。 石英系光ファイバの緩和時間τの温度依存性の一例を示す図である。 光ファイバ本体の徐冷時間ｔ１とそのときの緩和時間τとの関係式のパラメータｍと徐冷時間ｔ１後の光ファイバ本体の温度Ｔ（ｔｌ）およびこの時の最下点の温度Ｔｍｉｎの設定値Ｔｐの関係を示す図である。 光ファイバ本体の徐冷時間ｔ１とそのときの緩和時間τとの関係式のパラメータｍと仮想温度Ｔ_fの関係を示す図である。 線引き炉の最下点の温度Ｔｍｉｎの設定値Ｔｐと仮想温度Ｔ_fの関係を示す図である。 単一モード光ファイバＳＭＦおよびマルチモード光ファイバＭＭＦの徐冷時間とレイリー散乱係数との関係を示す図である。 光ファイバの徐冷時間ｔに対する光ファイバ本体の温度Ｔおよび仮想温度Ｔ_fの関係を示す図である。

符号の説明

１ 光ファイバ母材
２ 光ファイバ
１０ 線引き炉本体
１１ 徐冷区間
１２ 炉外
１３ 加熱用ヒータ
２０ 線引き炉

Claims (2)

1. 線引き炉内に配置される加熱手段の下方に炉内の温度が長手方向の距離に対して１６００℃から連続的に減少する一定長の徐冷区間を設けた線引き炉を用いて、石英系の光ファイバ母材を前記加熱手段により１６００℃以上の高温で加熱し線引きしてなる光ファイバ本体を室温まで冷却させて光ファイバを製造する際の、前記光ファイバ本体を室温まで冷却させる冷却過程において、
   当該光ファイバ本体の温度が１６００℃近傍に到達した後に前記徐冷区間に当該光ファイバ本体が滞在する時間が所定の徐冷時間ｔ１となるように線引き速度または前記徐冷区間の全長を設定するとともに、
   前記所定の徐冷時間ｔ１後に到達する当該光ファイバ本体の温度Ｔ１が９００℃以上の温度となるように前記徐冷区間の最下部の設定温度Ｔｍｉｎを設定する
   光ファイバの製造における前記所定の徐冷時間ｔ１を決定する方法であって、
   前記温度Ｔ１における石英系光ファイバの緩和時間τを求め、
   前記所定の徐冷時間ｔ１を求められた前記緩和時間τの１０^-2倍以上２倍以下の範囲とする
   ことを特徴とする光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法。
2. 請求項１に記載された光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法であって、
   前記温度Ｔ１における石英系光ファイバの緩和時間τを求め、
   前記所定の徐冷時間ｔ１を求められた前記緩和時間τの略０．３倍とする
   ことを特徴とする光ファイバの製造における徐冷時間の決定方法。

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