JPWO2009147881A1 - 被覆光ファイバ製造装置および被覆光ファイバ製造方法 - Google Patents

被覆光ファイバ製造装置および被覆光ファイバ製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、充分な量のツイストが付与されることにより偏波モード分散が充分に低減された被覆光ファイバを製造する装置および方法に関する。被覆光ファイバ(1)のパスラインに沿って順に、上流側ツイスト抑制ローラ(11)、ツイスト非抑制ローラ(12)、ツイスト付与部(13)および下流側ツイスト抑制ローラ(14)が設けられている。ツイスト付与部(13)は、被覆光ファイバ(1)に対してツイストを付与する。上流側ツイスト抑制ローラ(11)および下流側ツイスト抑制ローラ(14)それぞれは、光ファイバ(1)の軸周りに被覆光ファイバ(1)が回転するのを抑制する。ツイスト非抑制ローラ(12)は、上流側ツイスト抑制ローラ(11)とツイスト付与部(13)の間に位置する被覆光ファイバ(1)のパスライン長を調節するよう機能し、被覆光ファイバ(1)の軸回りに被覆光ファイバ(1)が回転するのを抑制しない。

Description

本発明は、ガラス光ファイバとその外周面上に被覆された樹脂層で構成されるとともに、所望のツイストが付与された状態でボビンに巻き取られた被覆光ファイバを製造するための装置および方法に関するものである。なお、被覆光ファイバに付与される「ツイスト」は、被覆光ファイバを捻回することにより被覆光ファイバに付与され、その捻回方向は、被覆光ファイバの長手方向に沿って交互に反転している。
光ファイバを信号光伝送路として用いる光通信システムにおいて、その光ファイバの偏波モード分散が大きいと、その光ファイバにより導波される信号光のパルス波形の劣化が大きくなり、伝送容量が劣化する。したがって、光ファイバの偏波モード分散は小さいことが要求される。
特許文献1には、偏波モード分散が小さい光ファイバとして、ガラス光ファイバ表面に樹脂被覆が施された被覆光ファイバを製造する技術が開示されている。すなわち、特許文献1に開示された技術では、ツイスト付与部により被覆光ファイバに対してツイストを付与するとともに、そのツイスト方向を長手方向に関して周期的に変更することで、被覆光ファイバの偏波モード分散を低減する。また、この特許文献1には、ツイスト付与部より下流側の被覆光ファイバのフリーなパスライン(以下、下流側フリーパスラインという)が短いほどツイスト付与量が大きく偏波モード分散低減の上で好ましいことが記載されている。
米国特許第7,317,855号
発明者らは、従来の被覆光ファイバの製造技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、特許文献1では、ツイスト付与部より上流側における被覆光ファイバのフリーなパスライン(以下、上流側フリーパスラインという)については何ら検討がなされていなかった。
本発明は、上流側フリーパスラインの長さによっては被覆光ファイバに対して充分な量のツイストを付与することができない場合があることを、発明者らが見出したことにより完成されたものであり、充分な量のツイストが付与されることで偏波モード分散が充分に低減された被覆光ファイバを製造するための被覆光ファイバ製造装置および被覆光ファイバ製造方法を提供することを目的としている。
本発明に係る製造装置および製造方法は、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する製造装置および製造方法であって、被覆光ファイバは、ガラス光ファイバとその外周面上に被覆された樹脂層とを供える。また、ガラス光ファイバは、石英ガラスのコア領域およびコア領域の外周に設けられた石英ガラスのクラッド領域とで構成されている。
本発明に係る製造装置は、ツイスト付与部と、上流側ツイスト抑制ローラと、ツイスト非抑制ローラと、ツイストが付与された被覆光ファイバを巻き取る巻取り部を備える。ツイスト付与部は、被覆光ファイバに対してツイストを付与する。上流側ツイスト抑制ローラは、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より上流側に設けられており、ツイストが付与されていない状態の被覆光ファイバの軸回りに被覆光ファイバが回転するのを抑制する。ツイスト非抑制ローラは、上流側ツイスト抑制ローラとツイスト付与部の間、または供給部とツイスト付与部との間に設けられており、被覆光ファイバの軸回りに被覆光ファイバが回転するのを抑制しない。このツイスト非抑制ローラは、上流側ツイスト抑制ローラとツイスト付与部との間、または供給部とツイスト付与部の間に位置する被覆光ファイバのパスラインを折れ曲がった形状に維持することにより、上流側ツイスト抑制ローラとツイスト付与部との間のパスライン長を調節する。巻取り部は、ツイストが付与された被覆光ファイバを巻き取る。本発明に係る製造方法は、上述のような構造を備えた製造装置によりツイストが付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する。
また、本発明に係る製造装置は、線引き装置、巻替え装置などに適用可能であり、この場合、当該製造装置は、ツイストが付与されていない状態の被覆光ファイバを供給するとともに、下流側で発生させたツイストにより被覆光ファイバが回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制部(上流側ツイスト抑制ローラに相当)として機能する供給部を備える。なお、当該製造装置が線引き装置に適用された場合、線引き装置のキャプスタンローラが供給部として機能し、当該製造装置が巻替え装置に適用された場合、ツイストが付与されていない被覆光ファイバが巻かれたサプライボビンが供給部として機能する。本発明に係る製造方法は、このような構造を備えた製造装置によってもツイストが付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造することが可能である。
本発明に係る製造装置および製造方法において、ツイスト非抑制ローラは、被覆光ファイバの軸回りに被覆光ファイバが回転するのを抑制しない断面形状を有する。例えば、このツイスト非抑制ローラは、被覆光ファイバのガイド溝として、その断面がU字形状に加工されたU字溝または底部が幅広に加工された平溝である。すなわち、ツイスト非抑制ローラのガイド溝は、ツイストに起因した被覆光ファイバの回転を抑制しない程度に十分な溝幅を有するのが好適である。
特に、本発明に係る製造装置および製造方法において、被覆光ファイバのうちローラ上流側に位置する部分にはツイストが付加されない一方、ローラ下流側に位置する部分には常に10回/mのレート(以下、ツイストレートという)でツイストが付加されている場合に、被覆光ファイバのうちローラ上流側に位置する部分のツイストレートがローラ下流側に位置する部分のツイストレートに対して最大30%以上になるローラは、ツイスト非抑制ローラである。すなわち、ツイスト非抑制ローラは、被覆光ファイバのうちローラ下流側に位置する部分においてTR(ツイストレート)=10回/mのとき、ローラ上流側に位置する部分の最大TRを3回/m以上にする。一方、被覆光ファイバのうちローラ上流側に位置する部分にはツイストが付加されない一方、ローラ下流側に位置する部分には常にツイストレート10回/mでツイストが付加されている場合に、被覆光ファイバのうちローラ上流側に位置する部分のツイストレートがローラ下流側に位置する部分のツイストレートに対して最大でも15%以下になるローラは、ツイスト抑制ローラである。すなわち、ツイスト抑制ローラは、被覆光ファイバのうちローラ下流側に位置する部分においてTR(ツイストレート)=10回/mのとき、ローラ上流側に位置する部分の最大TRを1.5回/mに制限する。
本発明に係る製造方法では、上流側ツイスト抑制ローラ、ツイスト非抑制ローラ、ツイスト付与部および巻取り部を備えた構成において、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より下流側に、被覆光ファイバの軸周りに被覆光ファイバが回転するのを抑制する下流側ツイスト抑制ローラが配置されてもよい。この場合、上流側ツイスト抑制ローラ、ツイスト付与部および下流側ツイスト抑制ローラの配置関係は、ツイスト周期をLとし、ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとし、下流側ツイスト抑制ローラでのツイスト振幅γを1回/m以上とし、ツイスト付与部から下流側ツイスト抑制ローラまでの被覆光ファイバのパスラインの長さをLとしたときに、上流側ツイスト抑制ローラからツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(1)の関係を満たすように、設定されるのが好適である。
Figure 2009147881
また、本発明に係る製造方法は、供給部、ツイスト非抑制ローラ、ツイスト付与部および巻取り部を備えた構成においても、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より下流側に、被覆光ファイバの軸周りに被覆光ファイバが回転するのを抑制する下流側ツイスト抑制ローラが配置されてもよい。この場合、サプライボビン、ツイスト付与部および下流側ツイスト抑制ローラの配置関係は、ツイスト周期をLとし、ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとし、下流側ツイスト抑制ローラでのツイスト振幅γを1回/m以上とし、ツイスト付与部から下流側ツイスト抑制ローラまでの被覆光ファイバのパスラインの長さをLとしたときに、サプライボビンからツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(2)の関係を満たすように設定されるのが好適である。
Figure 2009147881
本発明に係る製造方法は、被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部と、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より上流側に配置された上流側ローラとを備えた構成によっても実現可能である。この場合、上流側ローラおよびツイスト付与部の配置関係は、ツイスト周期をLとし、ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとしたときに、上流側ローラからツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(3)の関係を満たすように設定される。そして、被覆光ファイバを、上流側ローラおよびツイスト付与部の順に通過させることにより、ツイストが付与された被覆光ファイバが製造され得る。
Figure 2009147881
本発明に係る製造方法は、上流側ツイスト抑制ローラとして機能する供給部と、ツイスト付与部とを備えた構成によっても実現可能である。ツイスト付与部は、被覆光ファイバに対してツイストを付与する。供給部は、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より上流側に配置される。この場合、ツイスト付与部および供給部の配置関係は、ツイスト周期をLとし、ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとしたときに、供給部からツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(4)の関係を満たすように設定される。そして、被覆光ファイバを、供給部およびツイスト付与部の順に通過させることにより、ツイストが付与された被覆光ファイバが製造され得る。
Figure 2009147881
本発明に係る製造方法は、ツイスト付与部と、上流側ローラとを備えた構成によっても実現可能である。ツイスト付与部は、被覆光ファイバに対してツイストを付与する。上流側ローラは、被覆光ファイバの走行方向に関してツイスト付与部より上流側に配置される。この場合、ツイスト付与部および上流側ローラの配置関係は、ツイスト周期を20mとし、ツイスト付与部でのツイストの振幅γとツイスト付与部後のツイスト解放率TRFとの積(γTRF)を10回/mとして、上流側ローラからツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが1m以上であるように設定される。そして、被覆光ファイバを上流側ローラおよびツイスト付与部の順に通過させることにより、ツイストが付与された被覆光ファイバが製造され得る。
また、ツイスト付与部と供給部とを備えた構成により本発明に係る製造方法を実現する場合、供給部およびツイスト付与部の配置関係は、ツイスト周期を20mとし、ツイスト付与部でのツイストの振幅γとツイスト付与部後のツイスト解放率TRFとの積(γTRF)を10回/mとして、供給部からツイスト付与部までの被覆光ファイバのパスラインの長さLが1m以上であるように設定されてもよい。このような配置関係によっても、被覆光ファイバを供給部およびツイスト付与部の順に通過させることにより、ツイストが付与された被覆光ファイバが製造され得る。
本発明によれば、充分な量のツイストが付与されて偏波モード分散が充分に低減された被覆光ファイバを製造することができる。

は、本発明に係る被覆光ファイバ製造装置がそれぞれ組み込まれた、線引き装置および巻替え装置の構成を示す図である。 は、被覆光ファイバの構造及び被覆光ファイバに対するツイスト付与を説明するための図である。 は、本発明に係る被覆光ファイバ製造装置における被覆光ファイバのパスラインを説明する図である。 は、図3に示されたツイスト付与部の具体的構成およびツイスト非抑制ローラの他の構成を説明するための図である。 は、線引き装置および巻替え装置に適用された、本発明に係る被覆光ファイバ製造装置の具体的構成を示す図である。 は、TRFと比(L/L)との関係を示すグラフである。 は、TRFと比(L/L)との関係を示すグラフである。 は、γTRFが5回/mである場合にツイスト周期L(m)の各値においてツイスト振幅γ(回/m)の各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。 は、γTRFが10回/mである場合にツイスト周期L(m)の各値においてツイスト振幅γ(回/m)の各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。 は、γTRFが20回/mである場合にツイスト周期L(m)の各値においてツイスト振幅γ(回/m)の各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。 は、ツイスト振幅γが1回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。 は、ツイスト振幅γが2回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。 は、ツイスト振幅γが3回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。 は、ツイスト振幅γが4回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。 は、ローラにおけるガイド溝の断面形状を示す図である。 は、上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。
符号の説明

1…被覆光ファイバ、11…上流側ツイスト抑制ローラ、12、12a、12b、12c、12d…ツイスト非抑制ローラ、13…ツイスト付与部、14…下流側ツイスト抑制ローラ、100…製造装置(被覆光ファイバ製造装置)、100a…ツイスト付与ユニット、301…サプライボビン、207、302…巻取りボビン。
以下、本発明に係る被覆光ファイバ製造装置および被覆光ファイバ製造方法の各実施形態を図1〜図16を、参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本発明は、所望量のツイストが付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する製造装置および製造方法に関し、具体的には、図1の領域(a)に示されたような光ファイバ線引き装置や、領域(b)に示されたような巻替え装置に組み込まれる。
図1の領域(a)に示された線引き装置は、光ファイバ母材201の端部を加熱するヒータ202と、樹脂被覆装置203、紫外線硬化装置204、ツイスト開放部206、キャプスタンローラ205、巻取りボビン207を備える。ヒータ202により加熱された光ファイバ母材201の先端部分から、巻取りボビン207が矢印S2で示された方向に回転することによりキャプスタンローラ205を介してガラス光ファイバ10が引き出される。ガラス光ファイバ10の表面には樹脂被覆装置203により樹脂層が被覆され、被覆光ファイバ1が得られる。被覆光ファイバ1には、キャプスタンローラ205に引っ張られる間に不要なツイストが付加される。このように被覆光ファイバ1に付加された不要なツイストを開放するため、図1の領域(a)に示された線引き装置には、キャプスタンローラ205の手前にツイスト開放部206が設けられている。このツイスト開放部206は、線引きの際にガラス光ファイバ10においてコア領域が反転捻回するスピン状態を形成することにより樹脂被覆された被覆光ファイバ1がツイスト状態となるのを緩和する。なお、キャプスタンローラ205は、ツイスト開放部206と巻取りボビン207との間に配置されている。本願発明に係る製造装置は、巻取りボビン207と、キャプスタンローラ205と、本発明に係る製造装置の主要部であるツイスト付与ユニット100aにより構成され、このツイスト付与ユニット100aにおいて矢印S1で示された方向に走行する被覆光ファイバ1に対して所望のツイストが付与される。この構成において、キャプスタンローラ205は、ツイストが付与されていない被覆光ファイバ1の供給部として機能する。
一方、本願発明に係る製造装置が組み込まれた巻替え装置は、図1の領域(b)に示されたように、被覆光ファイバ1が予め巻かれたサプライボビン301と、ツイスト付与ユニット100aと、巻取りボビン302を備える。サプライボビン301が矢印S3で示された方向に回転するとともに、巻取りボビン302が矢印S5で示された方向に回転することにより、サプライボビン301に巻かれた被覆光ファイバ1が巻取りボビン302に巻き替えられる。ツイスト付与ユニット100aは、サプライボビン301と巻取りボビン302の間を矢印S1で示された方向に沿って走行する被覆光ファイバ1に対して所望のツイストを付与する。
図2は、図1の領域(a)に示された線引き装置により得られる被覆光ファイバ1(ツイスト付与前)の構造と、被覆光ファイバ1に対するツイスト付与を説明する図である。図2の領域(a)に示されたように、被覆光ファイバ1は、ガラス光ファイバ10と、ガラス光ファイバ10の外周面上に設けられた樹脂層1cを備える。ガラス光ファイバ10は、所定軸に沿って伸びた石英ガラスのコア領域1aと、コア領域1aよりも低い屈折率を有するとともにコア領域1aの外周に設けられた石英ガラスのクラッド領域1bを備える。
また、図2の領域(b)は、被覆光ファイバ1の斜視図を示し、この領域(b)には、被覆光ファイバ1に付与されたツイストを基準線11、被覆光ファイバ1に加えられる側圧方向20も示されている。図2の領域(c)は、被覆光ファイバ1におけるツイストレート(一方向に回転された部分におけるファイバ単位長当りの回転量)の軸方向分布を示す。被覆光ファイバ1は、応力を伴う弾性的な捻れであるツイストが、所望量だけ本発明に係る装置により付与される。図2の領域(c)において、被覆光ファイバ1の軸方向位置をzで表し、位置zにおける基準線11の回転位置をθで表すと、ツイストによる単位長当りの回転数であるツイストレートは、一般的に、位置zの関数として「f(z)=dθ/dz」で表されるのが一般的である。また、この図2の領域(c)に示されたように、ツイストレートf(z)は、振幅(ツイストレートの一周期中における最大値)がγで周期がLの波で表される。
図3は、本発明に係る製造装置における被覆光ファイバ1のパスラインを説明する図である。この図3では、矢印S1で示された方向に沿って走行する被覆光ファイバ1のパスラインに沿って順に設けられた、ローラ11、ローラ12、ツイスト付与部13およびローラ14を備える。ツイスト付与部13は、具体的には、被覆光ファイバ1に対してツイストを付与する。
ローラ11は、被覆光ファイバ1の走行方向に関してツイスト付与部13より上流側に配置されている。このローラ11は、被覆光ファイバ1の軸回りに被覆光ファイバ1が回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制ローラである。例えば、図1の領域(b)に示された巻替え装置において、この上流側ツイスト抑制ローラ11はサプライボビン301あるいは線引き装置(図1の領域(a))におけるキャプスタンローラ205などの被覆光ファイバ1を供給する供給部であってもよい。
ローラ12は、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間に配置され、被覆光ファイバ1の折れ曲がったパスラインを形成することで、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間に位置する被覆光ファイバ1のパスライン長Lを確保する。また、ローラ12は、移動可能あるいは位置調整可能に構成することで、被覆光ファイバ1のパスライン長Lを調節する機能を有してもよい。このローラ12は、被覆光ファイバ1の軸回りに被覆光ファイバ1が回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラである。
ローラ14は、被覆光ファイバ1の走行方向に関してツイスト付与部13より下流側に、ツイスト付与部13からの被覆光ファイバ1のパスライン長がLになるよう配置されている。このローラ14は、被覆光ファイバ1の軸周りに被覆光ファイバ1が回転するのを抑制する下流側ツイスト抑制ローラである。例えば、図1の領域(a)に示された線引き装置において、この下流側ツイスト抑制ローラ14は巻き取りボビン207としてもよい。また、図1の領域(b)に示された巻替え装置において、この下流側ツイスト抑制ローラ14は巻き取りボビン302としてもよい。
上述のように、本発明に係る製造装置(所望のツイストが付与された被覆光ファイバ1の製造装置)は、光ファイバ母材201を線引きし、得られた被覆光ファイバ1を巻き取る前に被覆光ファイバ1に対してツイストを付与してもよく(図1の領域(a)参照)、また、一旦巻き取った被覆光ファイバ1を巻替える際に被覆光ファイバ1に対してツイストを付与してもよい(図1の領域(b)参照)。
図5は、線引き装置および巻替え装置に適用された、本発明に係る被覆光ファイバ製造装置の具体的構成を示す図である。この図5に示された具体的な構成により、本発明に係る被覆光ファイバ製造方法が実施される。
図5の領域(a)に示されたように、図1の領域(a)に示された線引き装置に適用された当該製造装置100は、キャプスタンローラ205と、ツイスト付与ユニット100aと、巻取りボビン207を備える。キャプスタンローラ205は、図3における上流側ツイスト抑制ローラ11に相当しており、ツイストが付与されていない被覆光ファイバ1をツイスト付与ユニット100aに供給する供給部として機能する。また、巻取りボビン207は、図3に示された下流側ツイスト抑制ローラ14に相当しており、ツイスト付与ユニット100aにより所望のツイストが付与された被覆光ファイバ1を巻き取るための巻取り部として機能する。
一方、図5の領域(b)に示されたように、図1の領域(b)に示された巻替え装置に適用された当該製造装置100は、サプライボビン301と、ツイスト付与ユニット100aと、巻取りボビン302を備える。サプライボビン301は、図3における上流側ツイスト抑制ローラ11に相当しており、ツイストが付与されていない被覆光ファイバ1をツイスト付与ユニット100aに供給する供給部として機能する。また、巻取りボビン302は、図3に示された下流側ツイスト抑制ローラ14に相当しており、ツイスト付与ユニット100aにより所望のツイストが付与された被覆光ファイバ1を巻き取るための巻取り部として機能する。
なお、上述の何れの構成においても、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間、および、ツイスト付与部13と下流側ツイスト抑制ローラ14との間の何れにも、他のツイスト抑制ローラは存在しない。したがって、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間に位置する被覆光ファイバ1のパスラインが上流側フリーパスラインであり、この上流側フリーパスラインの長さが上述のようにLに設定される。また、ツイスト付与部13と下流側ツイスト抑制ローラ14との間に位置する被覆光ファイバ1のパスラインが下流側フリーパスラインであり、この下流側フリーパスラインの長さが上述のようにLに設定される。
具体的にツイスト付与部13は、図4の領域(a)に示されたように、矢印S6で示された方向に揺動することにより、被覆光ファイバ1に対して捻回転方向が反転するツイスト(図2の領域(b)参照)が付与される。なお、ツイスト非抑制ローラ12は、複数のローラ12a〜12dで構成されてもよく、この場合でも、図4の領域(b)に示されたように、上流側フリーパスラインの長さを限られた空間内で任意に調節することが可能になる。また、以下の説明では、このようなツイスト付与部13により被覆光ファイバ1に付与されるツイストは、被覆光ファイバ1の長手方向の位置zを変数とするツイスト周期Lの正弦関数で表されるものとする。ツイスト付与部13でのツイスト振幅をγとする。また、下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅をγとする。
ツイスト付与部13での被覆光ファイバ1に対するツイストレート(一方向に回転された部分におけるファイバ単位長当りの回転量)をR(z)と表す。ツイスト付与部13より上流側に位置する上流側フリーパスラインにおいて被覆光ファイバ1に蓄積されているツイスト量(正回転と負回転を1セットとして、途中経過における蓄積回転量)をTW(z)と表す。被覆光ファイバ1自体が走行することにより上流側フリーパスラインから下流側フリーパスラインに移行するツイスト量をTW12(z)と表す。ツイスト付与部13より後の下流側フリーパスラインにおいて被覆光ファイバ1に蓄積されているツイスト量をTW(z)と表す。下流側フリーパスラインから下流側ツイスト抑制ローラ14へ移行するツイスト量をTW(z)と表す。
このとき、上述のパラメータ間には以下の式(5)〜式(8)で表される関係がある。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
Figure 2009147881
Figure 2009147881
上記式(5)および式(7)から以下の式(9)が得られる。これを解くと、TW(z)は以下の式(10)で表される。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
ここで、R(z)が以下の式(11)で表されるものとし、また、以下の式(12)の近似式が成り立つものとすると、上記式(10)は以下の式(13)で表される。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
Figure 2009147881
また、上記式(6)〜式(8)から以下の式(14)が得られる。これを解くと、TW(z)は以下の式(15)で表される。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
また、以下の式(16)の近似式が成り立つものとし、上記式(11)および式(13)を上記式(15)に代入することにより、以下の式(17)が得られる。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
この式(17)の右辺の正弦関数の振幅は下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅γである。γは以下の式(18)〜式(20)で表される。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
Figure 2009147881
上記式(19)のTRFは、L/Lを変数とする関数であり、図6のグラフに示される傾向を有する。すなわち、Lに対してLが長いほど、TRFは大きくなって値1に漸近し、したがって、下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅γは大きくなる。
上記式(20)のTRFは、L/Lを変数とする関数であり、図7に示される傾向を有する。すなわち、Lに対してLが短いほど、TRFは大きくなって値1に漸近し、したがって、下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅γは大きくなる。
また、Lに対してLが長く且つLが短いほど、下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅γは、ツイスト付与部13でのツイスト振幅γに近い値となる。
特許文献1では、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間の上流側フリーパスラインの長さLと下流側ツイスト抑制ローラ14でのツイスト振幅γとの関係については触れられていない。
ツイスト付与部13と下流側ツイスト抑制ローラ14との間の下流側フリーパスラインの長さLを短くすることは容易である。しかしながら、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間の上流側フリーパスラインの長さLを長くすることは必ずしも容易ではない。以下では、Lとして要求される最小値について説明する。
上記式(18)を変形してL/Lについて解くと、以下の式(21)が得られる。原理的に以下の式(22)が成り立つので、式(21)はγに対して単調増加の関数である。
Figure 2009147881
Figure 2009147881
被覆光ファイバ1の振幅は、少なくとも1回/m以上であることが必要であり、好ましくは2回/m以上であり、更に好ましくは3回/m以上であり、最も好ましくは4回/m以上である。
少なくとも以下の式(23)を満たせば、γを1回/m以上にすることができ、偏波モード分散低減効果を得ることができる。
Figure 2009147881
が0である場合を考えると、TRFは1となり、所望のγを実現するのに必要なL/Lは小さくなる。TRFが1であるときにγを1回/m以上とするため最低限Lが満たすべき条件は、以下の式(24)のように表される。ただし、現実にはLは0でない。
Figure 2009147881
上記式(24)を満たすLを確保することが、少なくとも偏波モード分散低減効果のでる1回/m以上のツイストを付与するために必要である。
図8は、γTRFが5回/mである場合にツイスト周期Lの各値においてツイスト振幅γの各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。図9は、γTRFが10回/mである場合にツイスト周期Lの各値においてツイスト振幅γの各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。また、図10は、γTRFが20回/mである場合にツイスト周期Lの各値においてツイスト振幅γの各値を実現するために必要な上流側フリーパスラインの長さLの値を纏めた表である。図8〜図10それぞれにおいて、ツイスト周期Lを5m、10m、20m、30m、40m、50m、100mの各値とし、ツイスト振幅γを1回/m、2回/m、3回/m、4回/mの各値とした。
被覆光ファイバ1のツイスト振幅γが3回/m以上であってツイスト周期Lが20m以上であるのが好適である。このような条件を満たすのは、γTRFが5回/mである場合にはLが2.39m以上であるときであり、γTRFが10回/mである場合にはLが1.00m以上であるときであり、また、γTRFが20回/mである場合にはLが0.48m以上であるときである。
上記式(21)を変形すると、以下の式(25)のようにも表わされる。この式(25)は、所望のγおよびLに対するγの関係を示すものである。
Figure 2009147881
図11は、ツイスト振幅γが1回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。図12は、ツイスト振幅γが2回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。図13は、ツイスト振幅γが3回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。また、図14は、ツイスト振幅γが4回/mである場合の上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。図11〜図14それぞれにおいて、ツイスト周期Lを20mとし、TRFを0.4、0.6、0.8、1の各値とした。これら図11〜図14から判るように、Lが短いほど、必要なツイスト振幅γが大きい。
通常では、ツイスト振幅γは20回/m程度までが現実的である。ツイスト付与部13から後の被覆光ファイバ1のツイスト解放を考慮すると、TRFが0.5であるとして、γTRFは10回/m程度が現実的である。このような条件の下では、γを1回/mにするにはLは0.016L(m)以上であることが必要であり、γを2回/mにするにはLは0.032L(m)以上であることが必要であり、γを3回/mにするにはLは0.050L[m]以上であることが必要であり、また、γを4回/mにするにはLは0.069L(m)以上であることが必要である。Lが20mであるときには、γを1回/mにするにはLは0.32m以上であることが必要であり、γを2回/mにするにはLは0.65m以上であることが必要であり、γを3回/mにするにはLは1.00m以上であることが必要であり、また、γを4回/mにするにはLは1.39m以上であることが必要である。
γが1回/m以上であれば偏波モード分散低減効果があるが、十分な偏波モード分散低減効果を得るためにはγは3回/m以上であることが望ましい。したがって、Lは0.050L(m)以上であることが望ましく、Lが20mであるときにはLは1.00m以上であることが望ましい。
すなわち、γTRFは10回/mを想定すると、Lが20mであるときにはLを1m以上にすることで十分な偏波モード分散低減効果のあるγは3回/m以上のツイストを付与することができる。
以上のようにして、上流側フリーパスラインの長さLの所要量を求めることができる。しかしながら、設備の構造上の制約により、上流側フリーパスラインの長さLの必要量を確保できない場合がある。そこで、本実施形態では、図3に示されたように、上流側ツイスト抑制ローラ11とツイスト付与部13との間にツイスト非抑制ローラ12を設けることにより、また、必要に応じて上流側フリーパスラインをツイスト非抑制ローラ12により曲げることにより、上流側フリーパスラインの長さLの必要量の確保を可能とする。
ツイスト非抑制ローラ12は、図15の領域(c)、(d)に示されたような断面形状のガイド溝を有するのが好ましい。なお、図15はローラにおける溝形状を示す断面図である。すなわち、ツイストが付与されたことにより被覆光ファイバ1自身が回転している間その回転を抑制され難くするため、ツイスト非抑制ローラ12は、被覆光ファイバ1が溝部に一点で接触するようなサイズまたは形状の溝を有する。この図15において、領域(a)に示されたような断面がV字状に加工されたV字溝を有するローラや、領域(b)に示されたようなV字溝と平溝とを組み合わせた溝(以下、V平溝という)を有するローラは、被覆光ファイバ1の軸回りに被覆光ファイバ1が回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制ローラ11または下流側ツイスト抑制ローラ14として用いられる。ツイストが付与されたことにより被覆光ファイバ1自身が回転している間その回転を抑制され易くするため、ツイスト抑制ローラ14は、被覆光ファイバ1が溝部に少なくとも二点で接触するようなサイズまたは形状の溝を有する。一方、領域(c)に示されたように断面がU字形状に加工されたU字溝ローラや、領域(d)に示されたように断面が幅広の底部を有するように加工された平溝を有するローラは、被覆光ファイバ1の軸回りに被覆光ファイバ1が回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラ12として用いられ得る。
このようなツイスト非抑制ローラ12が設けられる限られたスペースで、被覆光ファイバ1のパスラインを折り曲げた形状にすることにより、上流側ツイスト抑制ローラ11からツイスト付与部13までが実質的に拡張された上流側フリーパスラインとなる。このようにすることにより、上流側フリーパスラインの長さLの必要量を確保することができ、被覆光ファイバ1に付与することができるツイスト振幅γを増大させることができる。
図16は、上流側フリーパスラインの長さLとツイスト振幅γとの関係を示すグラフである。ここでは、γを12.5回/mとし、Lを20mとし、Lを1mとした。図中で、◇印は、ツイスト非抑制ローラ12を設けることなく、上流側ツイスト抑制ローラ11としてV平溝形状(図15の領域(b))のローラを用いて、実験を行った結果を示す。□印は、ツイスト非抑制ローラ12として幅50mmの平溝ローラ(図15の領域(d))を用い、上流側ツイスト抑制ローラ11としてV平溝形状(図15の領域(b))のローラを用いて、実験を行った結果を示す。また、実線は、上記式(18)で求めた長さLとツイスト振幅γとの関係を示す。
□印の2つの実験結果のうち、一方は、ツイスト非抑制ローラ12からツイスト付与部13までのパスラインの長さが520mmであって、上流側ツイスト抑制ローラ11からツイスト付与部13までの上流側フリーパスラインの長さLが1000mmである場合の結果を示す。他方は、ツイスト非抑制ローラ12からツイスト付与部13までのパスラインの長さが1400mmであって、上流側ツイスト抑制ローラ11からツイスト付与部13までの上流側フリーパスラインの長さLが2600mmである場合の結果を示す。
この図16では、上流側フリーパスラインの長さLが長いほどツイスト振幅γが大きいこと、および、ツイスト非抑制ローラ12を設けることで上流側フリーパスラインの長さLを少なくとも2600mmまで長くすることができること、を示している。

Claims (12)

  1. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造装置において、
    前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部と、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に設けられた、ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバの軸回りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制ローラと、
    前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部との間に設けられた、前記被覆光ファイバの軸回りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラであって、前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部との間の被覆光ファイバのパスラインを折れ曲がった形状に維持することにより、前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部との間のパスライン長を調節するツイスト非抑制ローラと、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る巻取り部と
    を備えた被覆光ファイバ製造装置。
  2. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造装置において、
    ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給するとともに、下流側で発生させたツイストにより前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制部として機能する供給部と、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る巻取り部と、
    前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部と、
    前記供給部と前記ツイスト付与部との間に設けられた、前記被覆光ファイバの軸回りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラであって、前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部との間の被覆光ファイバのパスラインを折れ曲がった形状に維持するツイスト非抑制ローラと
    を備えた被覆光ファイバ製造装置。
  3. 請求項1または2記載の製造装置において、
    前記ツイスト非抑制ローラは、前記被覆光ファイバのガイド溝として、その断面がU字形状に加工されたU字溝または底部が幅広に加工された平溝を有し、これらU字溝または平溝は、ツイストに起因した前記被覆光ファイバの回転を抑制しない程度の十分な溝幅を有する。
  4. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、前記被覆光ファイバの軸回りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する上流側ツイスト抑制ローラを配置し、
    前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部との間に位置する前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記光ファイバの軸回りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラを配置し、
    ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給し、
    前記ツイスト非抑制ローラの配置位置を、前記上流側ツイスト抑制ローラと前記ツイスト付与部の間に位置する前記被覆光ファイバのパスラインが折れ曲がった形状になるよう設定し、
    前記上流側ツイスト抑制ローラ、前記ツイスト非抑制ローラおよび前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
  5. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給するとともに、下流側で発生させたツイストにより前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する供給部を配置し、
    前記供給部と前記ツイスト付与部との間に位置する被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバが回転するのを抑制しないツイスト非抑制ローラを配置し、
    前記供給部、前記ツイスト非抑制ローラ、前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
  6. 請求項4または5記載の製造方法において、
    前記ツイスト非抑制ローラは、前記被覆光ファイバのガイド溝として、その断面がU字形状に加工されたU字溝または底部が幅広に加工された平溝を有し、これらU字溝または平溝は、ツイストに起因した前記被覆光ファイバの回転を抑制しない程度の十分な溝幅を有する。
  7. 請求項4記載の製造方法において、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より下流側には、前記被覆光ファイバの軸周りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する下流側ツイスト抑制ローラが配置されており、
    前記上流側ツイスト抑制ローラおよび前記ツイスト付与部は、ツイスト周期をLとし、前記ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとし、前記下流側ツイスト抑制ローラでのツイスト振幅γを1回/m以上とし、前記ツイスト付与部から前記下流側ツイスト抑制ローラまでの前記被覆光ファイバのパスラインの長さをLとしたときに、前記上流側ツイスト抑制ローラから前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(1)の関係を満たすように、配置されている。
    Figure 2009147881
  8. 請求項5記載の製造方法において、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より下流側には、前記被覆光ファイバの軸周りに前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する下流側ツイスト抑制ローラが配置されており、
    前記供給部および前記ツイスト付与部は、ツイスト周期をLとし、前記ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとし、前記下流側ツイスト抑制ローラでのツイスト振幅γを1回/m以上とし、前記ツイスト付与部から前記下流側ツイスト抑制ローラまでの前記被覆光ファイバのパスラインの長さをLとしたときに、前記供給部から前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(2)の関係を満たすように配置されている。
    Figure 2009147881
  9. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、上流側ローラを配置し、
    ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給し、
    前記上流側ローラおよび前記ツイスト付与部の配置関係を、ツイスト周期をLとし、前記ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとしたときに、前記上流側ローラから前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(3)の関係を満たすよう設定し、
    前記上流側ローラ、前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
    Figure 2009147881
  10. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給するとともに、下流側で発生させたツイストにより前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する供給部を配置し、
    前記供給部および前記ツイスト付与部の配置関係を、ツイスト周期をLとし、前記ツイスト付与部でのツイスト振幅をγとしたときに、前記供給部から前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが以下の式(4)の関係を満たすよう設定し、
    前記供給部、前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
    Figure 2009147881
  11. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、上流側ローラを配置し、
    ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給し、
    前記上流側ローラおよび前記ツイスト付与部の配置関係を、ツイスト周期を20mとし、前記ツイスト付与部でのツイストの振幅γと前記ツイスト付与部後のツイスト解放率TRFとの積(γTRF)を10回/mとして、前記上流側ローラから前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが1m以上であるように設定し、
    前記上流側ローラ、前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、
    ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
  12. ガラスのコア領域および前記コア領域の外周に設けられたガラスのクラッド領域とで構成されたガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバの表面に被覆された樹脂層とを備えるとともに、ツイスト(反転捻回)が付与された状態でボビンに巻かれた被覆光ファイバを製造する被覆光ファイバ製造方法であって、
    前記被覆光ファイバのパスライン上に、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与するツイスト付与部を配置し、
    前記被覆光ファイバの走行方向に関して前記ツイスト付与部より上流側に、ツイストが付与されていない状態の前記被覆光ファイバを供給するとともに、下流側で発生させたツイストにより前記被覆光ファイバが回転するのを抑制する供給部を配置し、
    前記供給部および前記ツイスト付与部の配置関係を、ツイスト周期を20mとし、前記ツイスト付与部でのツイストの振幅γと前記ツイスト付与部後のツイスト解放率TRFとの積(γTRF)を10回/mとして、前記供給部から前記ツイスト付与部までの前記被覆光ファイバのパスラインの長さLが1m以上であるように設定し、
    前記供給部、前記ツイスト付与部の順に、前記被覆光ファイバを通過させることにより、前記被覆光ファイバに対してツイストを付与し、 ツイストが付与されている状態の前記被覆光ファイバを前記ボビンに巻き取る被覆光ファイバ製造方法。
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