JP4477471B2

JP4477471B2 - 光ファイバの線引方法及び線引装置

Info

Publication number: JP4477471B2
Application number: JP2004313139A
Authority: JP
Inventors: 喜博井上; 直人小山; 亘小松; 広明大沼
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006124219A

Description

本発明は、偏波保持ファイバのファイバ径のばらつきを少なくする偏波保持ファイバの線引方法及び線引装置に関する。詳しくは、偏波保持ファイバが線引時に０．１回／ｍ以上捻られないようにすることにより、光ファイバ外径測定器により測定されるファイバ径変動幅が小さい、偏波保持ファイバの線引方法及び線引装置に関する。

偏波保持ファイバは、コア部に非軸対称の応力を付与する構造を有し、コア部はこれらの応力により等価的に複屈折率を持つことになり、優れた伝送特性を発揮する。例えば、偏波保持ファイバの一例であるＰＡＮＤＡファイバを図４に横断面図で示す。図４（ａ）に示すように光伝送路となるコア１近傍に、コア１より熱膨張率係数の大きなＢ_２Ｏ_３などを添加したガラスからなる応力付与部３が設けられ、コア１部に非軸対称の応力を付与する構造をしている。なお、２はクラッドを示す。

上述のように、偏波保持ファイバは非軸対称に熱膨張率係数の大きなＢ_２Ｏ_３などを添加したガラスを配置している為、偏波保持ファイバはクラッド非円率が通常のファイバに比べて大きな数値（約１〜２％）となりやすい。図４（ｂ）に偏波保持ファイバの非円形断面の一例を示す。このような非円形のため、偏波保持ファイバ製造の際、偏波保持ファイバが線引き時に引き取りキャプスタン（以後、キャプスタン）表面で転がると、ファイバ外径測定器で測定されるファイバ径が偏波保持ファイバの長径４と短径５の差の影響を受け、その結果、ファイバ径変動が大きく計測されていた。

一方、通常の光ファイバの線引きでは、キャプスタンの引き取り速度を調節し、ファイバ径を精度良く一定にしていた。しかし、前述の偏波保持ファイバ製造時のように、測定されたファイバ径変動が大きいとキャプスタンの引き取り速度を調節しきれず、キャプスタンの引き取り速度が不安定となることがあった。すなわち、長径４が測定されると引き取り速度が速くなり、短径５が測定されると遅くなるような変動を呈した。その結果、ファイバ径が一定（ばらつきがない）の光ファイバを得ることが難しかった。

なお、関連する技術としては、光ファイバの捻れを抑制するためガイドローラに所定のＶ溝を付ける技術が特許文献１に開示されている。
実開平５−２７０２７号公報

本発明は、上記のような問題点を解消するため、設備費用を増大させることなく且つ簡便に、ファイバ径のばらつきが少ない、偏波保持ファイバを製造することができる偏波保持ファイバの線引方法及びその線引装置を提供することを目的とする。詳しくは、偏波保持ファイバが線引時に０．１回／ｍ以上捻られないようにすることにより、光ファイバ外径測定器により測定されるファイバ径変動幅が小さい線引方法及び線引装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、用いるキャプスタンの径とともに、キャプスタンと偏波保持ファイバとの接触長を特定することにより、前記偏波保持ファイバと前記キャプスタンの摩擦力を増加させ、前記偏波保持ファイバがキャプスタン表面で転がるのを防ぎ、その結果、線引時に前記偏波保持ファイバが０．１回／ｍ以上捻られなくなり、ファイバ外径測定器で測定されるファイバ径変動幅を小さくすることができることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち、本発明は、
（１）偏波保持ファイバを線引する、直径５００ｍｍ以上のキャプスタンを有する偏波保持ファイバの線引装置を用い、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を３７５ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引方法、
（２）偏波保持ファイバを線引する、直径を３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下のキャプスタンを有する偏波保持ファイバの線引装置を用い、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を５００ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引方法、
（３）前記キャプスタンの近くに設けたガイドリールにより、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を調整することを特徴とする（１）又は（２）項記載の偏波保持ファイバの線引方法、
（４）前記キャプスタンの表面角度を調整することを特徴とする（１）、（２）又は（３）項記載の偏波保持ファイバの線引方法、
（５）偏波保持ファイバを線引するキャプスタンと、前記キャプスタンの近くに、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を調節するためのガイドリールとを有する偏波保持ファイバの線引装置であって、前記キャプスタンの直径を５００ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引装置、
を提供するものである。

本発明の線引装置を用いれば、偏波保持ファイバがキャプスタン表面で転がるのを防ぐことができ、その結果、線引時に前記偏波保持ファイバが０．１回／ｍ以上捻られなくなり、ファイバ外径測定器で測定されるファイバ径変動幅を小さくすることができる。
したがって、本発明の線引方法によれば、ファイバ径のばらつきが少ない偏波保持ファイバを製造することができる。

次に、本発明の好ましい実施の態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図の説明において同一の要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本発明の線引方法に用いる偏波保持ファイバの線引装置を示す説明図である。図１を用いて、本発明の線引方法に用いる偏波保持ファイバ線引装置の一実施態様を示す。７は、偏波保持ファイバ母材６の一体化を行う一体化炉、８は、続けて加熱・線引きする線引加熱炉、９は、得られた光ファイバ心線１２ａの外径を測定する光ファイバ外径測定器、１０は、上記光ファイバ心線１２ａに樹脂被覆するためのコーティングダイ、１１は、被覆した樹脂を硬化するためのＵＶランプ、１５は、キャプスタン１３による引き取り速度や後述の巻き取り機１６による巻き取り速度の変化等によって発生する光ファイバ１２ｂのたるみを調節するダンサーリール、１６は、上記光ファイバ１２ｂを巻き取る巻き取り機である。

また、光ファイバ１２ｂの引き取り・巻き取りを効率よく行うため、複数のガイドリール１４ａ及び１４ｂを設けてもよい。さらに、光ファイバ１２ｂとキャプスタン１３との接触長を調節するため、キャプスタン１３の近くに第１ガイドリール１４ａを設けることが好ましい。

そして、前述の外径測定器９によって得られる光ファイバ心線１２ａの外径の測定値が所定の一定値になるように光ファイバ１２ｂの引き取り速度、すなわちキャプスタン１３の回転速度を調節することができる。

次に、本発明の線引方法に用いるキャプスタンについて、図２及び３に基づいて説明する。
図２は、図１の偏波保持ファイバの線引装置のキャプスタン取り付け部付近を拡大して示す正面図である。図２において、１７は、キャプスタン１３の直径を示し、１８は、キャプスタン１３と偏波保持ファイバとの接触長を示している。また、光ファイバ１２ｂとキャプスタン１３との接触長を調節する第１ガイドリール１４ａは位置を移動・調節できることを示している。
本発明において、上記キャプスタンは、直径３００ｍｍ以上を有することが好ましい。
上記キャプスタンの直径が５００ｍｍ以上の場合、線引される偏波保持ファイバとの接触長が３７５ｍｍ以上になるよう、必要であれば第１ガイドリール１４ａを設置して、調節してもよい。また、上記キャプスタンの直径が３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下の場合、線引される偏波保持ファイバとの接触長が５００ｍｍ以上になるよう、必要であれば第１ガイドリール１４ａを設置して、調節してもよい。
また、図３は、図１の偏波保持ファイバの線引装置のキャプスタン取り付け部付近を拡大して、図1の矢印方向から示す側面図である。図３は、本発明において、キャプスタン表面角度（取り付け角度）を調節できることを示している。２０は、キャプスタン駆動部を示し、２１は、キャプスタン駆動回転軸を示している。さらに１９をキャプスタン表面角度とする。
本発明において、キャプスタン表面角度１９は、自由に調節できることが好ましい。上記キャプスタン表面角度は、０．００〜０．２０度の範囲が好ましく、０．０〜０．０５度の範囲が特に好ましい。

以下、本発明の偏波保持ファイバの線引方法の一実施態様を示す。本発明の方法において、上記線引装置を用いることができる。以下に、本発明の線引方法について図１に基づいて説明する。

ＶＡＤ法により作成したシングルモードファイバ用プリフォームにＢ_２Ｏ_３を２０質量％添加した石英棒をコアの中心を中心とする対称位置にはめ込んで偏波保持ファイバ用プリフォームを作成する。
偏波保持ファイバ用プリフォームを一体化炉７にて一体化を行い、そのまま線引加熱炉８にて線引きを行う。そして、コーティングダイ１０を所定位置に取り付けず、かつ、光ファイバ心線１２ａをＵＶランプ１１に素通りさせるようにし、キャプスタン１３を駆動させて引き取る。このように光ファイバ心線１２ａを引き取っている間に、光ファイバ外径測定器９の測定値に応じて上記キャプスタン１３の回転速度を調整し、光ファイバ心線１２ａの外径が所望の値になるようにする。この際、本発明において特定した接触長になるように第１ガイドリール１４ａを用いて調節してもよい。

そして、上記光ファイバ心線１２ａの外径が所望の値になれば、上記コーティングダイ１０を所定位置に取り付けてこのコーティングダイ１０に光ファイバ心線１２ａを線通し、かつ、このコーティングダイ１０に未硬化の紫外線硬化樹脂を供給するようにする。そして、ＵＶランプ１１から紫外線照射を開始し、光ファイバ心線１２ａの外側に被覆層を施すようにする。このようにして、被覆された光ファイバ１２ｂが得られ、この被覆された光ファイバ１２ｂをダンサーリール１５を介して巻き取り機１６によって巻き取るようにする。

次に、上記実施態様の作用・効果を説明する。
本発明の線引方法によれば、用いるキャプスタンの径とともに、キャプスタンと偏波保持ファイバとの接触長を特定することにより、前記偏波保持ファイバと前記キャプスタンの摩擦力を増加させ、前記偏波保持ファイバがキャプスタン表面で転がるのを防ぎ、それにより、線引時に前記偏波保持ファイバが０．１回／ｍ以上捻られなくなり、ファイバ外径測定器で測定されるファイバ径変動幅を小さくすることができる。その結果、ファイバ径長のばらつきが少ない偏波保持ファイバを製造することができる。

また、本発明の線引方法によれば、用いるキャプスタンを常に地面に直角、すなわち、キャプスタン表面角度を常に水平（±０．０５度）になるように調節することによって、前記偏波保持ファイバがキャプスタン表面で転がるのを防ぎ、それにより、線引時に前記偏波保持ファイバが０．１回／ｍ以上捻られなくなり、ファイバ外径測定器で測定されるファイバ径変動幅を小さくすることができる。その結果、ファイバ径長のばらつきが少ない偏波保持ファイバを製造することができる。

なお、上述の捻れの測定は、ファイバ外径測定器９でのファイバ径の変化より計算して算出する。単位は回／ｍとし、例えば、０．２回／ｍとは、５ｍで１回転した場合を意味する。
また、光ファイバ径変動幅については、まず、ファイバ外径測定器９にて、１秒間に３２回光ファイバ外径の測定を行った。そして、測定間隔１０秒にて、最大ファイバ径−最小ファイバ径を光ファイバ変動幅とする。単位はμｍとし、例えば、最大ファイバ径１２６．０μｍ、最小ファイバ径１２４．０μｍの時、光ファイバ径変動幅は２．０μｍである。

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。
以下に、本発明の線引装置を用い、光ファイバの捻れ量及びファイバ外径測定器で測定されるファイバ径変動幅を測定し、ファイバ径のばらつきが少ない、偏波保持ファイバを製造するという点で評価したことを示す。

ＶＡＤ法により作成した、直径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍのシングルモードファイバ用プリフォームにＢ_２Ｏ_３を２０質量％添加した石英棒を５ｍｍ間隔でコアの中心を中心とする対称位置にはめ込んで、偏波保持ファイバ（ＰＡＮＤＡ）用プリフォームを作製した。
そして、当該偏波保持ファイバ用プリフォームを一体化炉７に挿入して約１５００℃で当該シングルモードファイバ用プリフォームと挿入した前記石英棒の一体化を行い、そのまま線引加熱炉８にて約２０００℃で線引きを行った。線引き速度は６０ｍ／分、線引き張力は２０ｇｆ／fiber、紫外線硬化型樹脂を塗布し、被覆後の径は直径で約２５０μｍとした。
キャプスタン径１７が、３２０ｍｍ、５００ｍｍ及び７００ｍｍの本発明の線引装置を使用した。第一ガイドリール１４ａの位置により、各キャプスタンでの接触長１８が２５０ｍｍ、３７５ｍｍ、５００ｍｍ及び７５０ｍｍとなるよう調整した。
キャプスタンの表面角度１９は、０．０５度、０．１０度、０．２０度として、線引きを行った。

捻れ量の測定は、ファイバ外径測定器９でのファイバ径の変化より計算して算出した。単位は回／ｍとし、例えば、０．２回／ｍは５ｍで１回転した場合を意味する。
また、光ファイバ径変動幅については、まず、ファイバ外径測定器９にて、１秒間に３２回光ファイバ外径のの測定を行った。そして、測定間隔１０秒にて、最大ファイバ径−最小ファイバ径を光ファイバ変動幅とした。単位はμｍとし、例えば、最大ファイバ径１２６．０μｍ、最小ファイバ径１２４．０μｍの時、光ファイバ径変動幅は２．０μｍである。
実施結果を下表１〜６に示す。

上記の実施例より、本発明の範囲内において、キャプスタンの径が大きい場合には、接触長が比較的短くてもよく、逆にキャプスタンの径が小さい場合には接触長を比較的長くする必要があることが分かる。言い換えると、線引速度が一定のとき、キャプスタンの回転数が小さい場合には、接触長が比較的短くてもよく、逆にキャプスタンの回転数が大きい場合には、接触長を比較的長くする必要があると云える。
また、キャプスタン径を大きくするか、またはキャプスタンとの接触長を長くすることによって、キャプスタンが少し傾いていてもファイバ径変動幅が小さくなることが分かる。またキャプスタンの傾きを０．０５度以内に調整することができれば、ファイバ径変動幅を小さくすることができることが分かる。

図１は、本発明の線引方法に用いる偏波保持ファイバの線引装置を示す一部断面の説明図である。図２は、図１の偏波保持ファイバの線引装置のキャプスタン取り付け部付近を拡大して示す正面図である。図３は、図１の偏波保持ファイバの線引装置のキャプスタン取り付け部付近を拡大して、矢印方向から示す側面図である。図４ａは、偏波保持ファイバ（ＰＡＮＤＡファイバ）の横断面を示す図である。図４ｂは、偏波保持ファイバの非円形の横断面の１例を示す図である。

符号の説明

１コア
２クラッド
３応力付与部
４長径
５短径
６偏波保持ファイバ母材
７一体化炉
８線引加熱炉
９光ファイバ外径測定器
１０コーティングダイ
１１ＵＶランプ
１２ａ光ファイバ心線
１２ｂ被覆後の光ファイバ
１３キャプスタン
１４ａ第一ガイドリール
１４ｂガイドリール
１５ダンサーリール
１６巻き取り機
１７キャプスタン径
１８光ファイバとキャプスタンの接触長
１９キャプスタン表面角度（取り付け角度）
２０キャプスタン駆動部
２１キャプスタン駆動回転軸

Claims

偏波保持ファイバを線引する、直径５００ｍｍ以上のキャプスタンを有する偏波保持ファイバの線引装置を用い、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を３７５ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引方法。
偏波保持ファイバを線引する、直径を３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下のキャプスタンを有する偏波保持ファイバの線引装置を用い、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を５００ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引方法。
前記キャプスタンの近くに設けたガイドリールにより、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の偏波保持ファイバの線引方法。
前記キャプスタンの表面角度を調整することを特徴とする請求項１、２又は３記載の偏波保持ファイバの線引方法。
偏波保持ファイバを線引するキャプスタンと、前記キャプスタンの近くに、線引された偏波保持ファイバと前記キャプスタンとの接触長を調節するためのガイドリールとを有する偏波保持ファイバの線引装置であって、前記キャプスタンの直径を５００ｍｍ以上とすることを特徴とする偏波保持ファイバの線引装置。