光纤的制造方法与流程

本发明涉及光纤的制造方法。

背景技术：

为了实现光纤通信系统中光传输距离的长距离化、光传输速度的高速化，光信号噪声比会被迫提高，谋求降低光纤的传输损失。在光纤的制造方法被高度精制化的当前，认为光纤所含的杂质所产生的传输损失已几乎降至极限。余留的传输损失的主要原因是随着构成光纤的玻璃的构造、组成的波动而产生的散射损失。该现象由于光纤由玻璃构成而无法避免。

作为减少玻璃的构造的波动的方法，已知有在使熔融的玻璃冷却时进行缓慢冷却的技术。作为如此缓慢冷却熔融的玻璃的方法，尝试将刚被从拉丝炉拉丝后的光纤缓慢冷却。具体地说，研究通过缓慢冷却炉将从拉丝炉拉丝的光纤加热或以隔热材包围刚被拉丝后的光纤，从而降低光纤的冷却速度。

在下述专利文献1中公开了如下技术：设定加热炉(缓慢冷却炉)的温度，以便在从具有以氧化硅玻璃为主成分的纤芯以及包层的光纤的外径比最终外径的500％小的位置到光纤的温度达到1400℃的位置中的70％以上的区域，相对于由递归式求得的目标温度为±100℃以内。通过如此控制光纤的温度履历，使构成光纤的玻璃的假想温度降低，使传输损失减少。

专利文献1：日本特开2014-62021号公报

但是，在上述专利文献1所公开的技术中，为了使光纤的温度追随通过递归式求得的理想的温度变化，将重复复杂的计算。另外，在专利文献1所公开的技术中，允许光纤的温度相对于通过递归式求得的目标温度偏差±50℃～100℃。如果在这样的较大范围内允许光纤的温度的偏差，难以说成是温度履历足够合理化。例如，如果缓慢冷却的光纤的温度在±100℃的范围变化，构成光纤的玻璃的假想温度也以相同的范围变化，则得出的光纤的光散射所产生的传输损失将达到±0.007db/km左右。在这样的光纤的温度履历不够合理化的以往的制造方法中，会过度增长缓慢冷却炉而增加设备投资，且会过度减慢拉丝速度，损害生产性。

本发明人发现通过将向缓慢冷却炉进入的光纤的温度与从缓慢冷却炉出来的光纤的温度限定在更为合适的范围，能够促进缓慢冷却炉中构成光纤的玻璃的结构弛豫，容易减少光纤的传输损失。

技术实现要素：

因此，本发明意欲提供一种能够容易减少光纤的传输损失的光纤的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的光纤的制造方法的特征在于，具备如下工序：在拉丝炉中将光纤用母材拉丝的拉丝工序；以及使在上述拉丝工序中被拉出后的光纤在缓慢冷却炉中缓慢冷却的缓慢冷却工序，向上述缓慢冷却炉进入的上述光纤的温度为1300℃以上且1650℃以下，从上述缓慢冷却炉出来的上述光纤的温度为1150℃以上且低于1400℃。

通过如上所述适当地控制向缓慢冷却炉进入的光纤的温度与从缓慢冷却炉出来的光纤的温度，能够促进在缓慢冷却炉中构成光纤的玻璃的结构弛豫。其结果，能够得到抑制在传输光时由玻璃的构造的波动引起的散射损失，减少传输损失的光纤。

另外，优选为，在上述缓慢冷却工序中上述光纤的温度持续下降。通过如此以光纤的温度持续降低的方式设定缓慢冷却炉的温度，无需使用额外的能量来使光纤缓慢冷却，能够促进构成光纤的玻璃的结构弛豫，减少光纤的传输损失。

另外，优选为，具备在上述缓慢冷却工序之后，使上述光纤相比上述缓慢冷却工序快速冷却的快速冷却工序。光纤通常通过由紫外线固化性树脂构成的覆盖层覆盖。由于形成这样的覆盖层，因此需要将光纤充分冷却。通过具备快速冷却工序，能够在短区间使光纤的温度充分降低，因此容易形成覆盖层。

另外，优选为，向上述缓慢冷却炉进入的上述光纤的温度为1400℃以上。通过如此将向缓慢冷却炉进入光纤的温度限定为更为合适的范围，容易增大缓慢冷却炉中的构成光纤的玻璃的结构弛豫的促进效果，容易减少光纤的传输损失。

另外，优选为，从上述缓慢冷却炉出来的上述光纤的温度为1300℃以上。通过如此将从缓慢冷却炉出来的光纤的温度限定为更为合适的范围，容易增大缓慢冷却炉中的构成光纤的玻璃的结构弛豫的促进效果，容易减少光纤的传输损失。

另外，优选为，在上述缓慢冷却炉中冷却上述光纤的时间为1秒以下。通过将光纤停留于缓慢冷却炉的时间设为1秒以下，能够缩短缓慢冷却炉的长度，以此能够抑制设备投资所产生的费用。另外，通过将光纤停留于缓慢冷却炉的时间设为1秒以下的短时间，能够加快拉丝速度，因此不会使生产性降低，能够促进缓慢冷却炉中构成光纤的玻璃的结构弛豫。

进而，优选为，在上述缓慢冷却炉中冷却上述光纤的时间为0.5秒以下。通过进一步缩短光纤停留于缓慢冷却炉的时间，能够进一步缩短缓慢冷却炉的长度，因此能够抑制设备投资所产生的费用。另外，通过进一步缩短光纤停留于缓慢冷却炉的时间，更容易抑制生产性降低。

另外，优选为，在上述缓慢冷却炉中冷却上述光纤的时间为0.05秒以上。通过将光纤停留于缓慢冷却炉的时间设为0.05秒以上，容易促进在缓慢冷却炉中构成光纤的玻璃的结构弛豫。

另外，优选为，具备在上述拉丝工序之后且上述缓慢冷却工序之前，冷却上述光纤以使上述光纤达到适于向上述拉丝炉进入的温度的预冷工序。向缓慢冷却炉进入的光纤的温度被如上所述限制为规定的范围。在此，通过进一步具备上述的预冷工序，容易将光纤向缓慢冷却炉的进入温度调整为适当的温度。

如上所述，根据本发明，能够提供容易减少光纤的传输损失的光纤的制造方法。

附图说明

图1为示出本发明的光纤的制造方法的工序的流程图。

图2为示意性示出本发明的光纤的制造方法中使用的装置的结构的图。

图3为示出光纤的温度以及构成光纤的玻璃的假想温度与冷却时间的关系的曲线图。

图4为示出缩颈部的外径的变化、光纤的温度的变化以及构成光纤的玻璃的假想温度的变化的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光纤的制造方法的优选的实施方式进行详细说明。

图1为示出本发明的光纤的制造方法的工序的流程图。如图1所示，本实施方式的光纤的制造方法具备拉丝工序p1、预冷工序p2、缓慢冷却工序p3、快速冷却工序p4。以下，对于这些各工序进行说明。此外，图2为示意性示出在本实施方式的光纤的制造方法中使用的装置的结构的图。

＜拉丝工序p1＞

拉丝工序p1为在拉丝炉110中将光纤用母材1p的一端拉丝的工序。首先，准备由具有与构成作为最终制品的光纤1的玻璃的所希望的折射率分布相同的折射率分布的玻璃构成的光纤用母材1p。光纤1具有一个或者多个纤芯以及无缝隙地包围纤芯的外周面的包层，纤芯的折射率比包层的折射率高。例如，当纤芯由添加了提高折射率的锗等的掺杂剂的氧化硅玻璃构成的情况下，包层由纯的氧化硅玻璃构成。另外，例如，当纤芯由纯的氧化硅玻璃构成的情况下，包层由添加了降低折射率的氟等的掺杂剂的氧化硅玻璃构成。接下来，将光纤用母材1p以长边方向垂直的方式悬挂。然后，将光纤用母材1p配置于拉丝炉110，使加热部111发热，对光纤用母材1p的下端部加热。此时光纤用母材1p的下端部被加热至例如2000℃而处于熔融状态。然后，从加热的光纤用母材1p的下端部将熔融的玻璃以规定的拉丝速度从拉丝炉110拉出。

＜预冷工序p2＞

预冷工序p2为使在拉丝工序p1中从拉丝炉110拉出的光纤冷却达到适于向后述的缓慢冷却炉121输送的规定的温度的工序。关于适于向缓慢冷却炉121输送的光纤的规定的温度，将在后文中叙述。

在本实施方式的光纤的制造方法中，预冷工序p2通过使在拉丝工序p1中被拉丝的光纤通过设置在拉丝炉110的正下方的筒状体120的中空部来进行。通过在拉丝炉110的正下方设置筒状体120，筒状体120的中空部内的气氛与拉丝炉110内的气氛几乎相同。因此，抑制刚被拉丝后的光纤的周围的气氛、温度急剧变化。

各种条件都会给向缓慢冷却炉121输送的光纤的温度造成影响。拉丝速度为给光纤的温度造成较大影响的条件之一。即，如果为了调整光纤停留于缓慢冷却炉121的时间而变更拉丝速度，则光纤的温度变化。通过具备预冷工序p2，容易调整光纤的冷却速度，容易将对于缓慢冷却炉121的光纤的进入温度调整为适当的范围。如后文中说明的那样，从拉丝炉110拉出的光纤的温度可以依据缩颈部的形状估算。然后，基于如此估算的光纤的温度与适于向缓慢冷却炉121输送的光纤的温度，能够适当地选择缓慢冷却炉121与拉丝炉110的距离、筒状体120的长度。筒状体120例如由金属管等构成。可以通过空冷该金属管或者在该金属管的周围配设隔热材来调整光纤的冷却速度。

＜缓慢冷却工序p3＞

缓慢冷却工序p3为在缓慢冷却炉121中对在拉丝工序p1中被从拉丝炉110拉出且在预冷工序p2中被调整为规定的温度后的光纤进行缓慢冷却的工序。缓慢冷却炉121内形成为与进入的光纤的温度不同的规定的温度，通过进入至缓慢冷却炉121的光纤的周围的温度使光纤的冷却速度降低。通过在缓慢冷却炉121中降低光纤的冷却速度，如后文中说明的那样，可得到构成光纤的玻璃的结构弛豫，散射损失减少的光纤1。此外，在缓慢冷却工序p3中，优选为光纤的温度持续降低。通过如此以光纤的温度持续降低的方式设定缓慢冷却炉121的温度，无需使用额外的能量便使光纤缓慢冷却，能够促进构成光纤的玻璃的结构弛豫，减少光纤的传输损失。

在具有以往的缓慢冷却工序的光纤的制造方法中，向缓慢冷却炉进入时的光纤的温度不够合理化。具体地说，存在光纤以温度过高或过低的状态向缓慢冷却炉进入的情况。如果向缓慢冷却炉进入光纤的温度过高，则构成光纤的玻璃的结构弛豫的速度非常快，因此几乎无法期待通过缓慢冷却光纤而产生的效果。另一方面，如果向缓慢冷却炉进入的光纤的温度过低，则构成光纤的玻璃的结构弛豫的速度减慢，需要在缓慢冷却炉中再次加热光纤。如此在以往的缓慢冷却工序中，难以说成是可高效地进行构成光纤的玻璃的结构弛豫。因此，可能导致过度增长了缓慢冷却炉致使进行了过度的设备投资，或者过度地减慢了拉丝速度而损害了生产性。

根据本实施方式的光纤的制造方法，如后文中说明的那样，通过将向缓慢冷却炉121进入的光纤的温度以及从缓慢冷却炉121出来的光纤的温度控制为适当的范围，促进了缓慢冷却炉121中构成光纤的玻璃的结构弛豫。其结果，无需过度的设备投资，能够得到生产性良好且传输损失减少的光纤1。另外，根据本实施方式的光纤的制造方法，无需上述的引用文献1所公开的技术的复杂的计算。

在被分类为所谓的强化玻璃(strongglass)的氧化硅玻璃中，认为是玻璃的粘性流动所产生的结构弛豫的时间常量τ(t)基于arrhenius的算式。因此，时间常量τ(t)使用由玻璃的组成决定的常量a以及活性化能量eact，作为玻璃的温度t的函数如下式(1)所示表示。此外，kb为boltzmann常量。

1/τ(t)＝a·exp(-eact/kbt)……(1)

(在此，t为玻璃的绝对温度。)

由上式(1)可见，玻璃的温度越高，玻璃的构造越快速弛豫，越快速达到其温度的平衡状态。即，玻璃的温度越高，玻璃的假想温度越快速接近玻璃的温度。

图3中示意性示出由于将光纤缓慢冷却致使构成光纤的玻璃的假想温度降低的样子。图3中，横轴表示时间，纵轴表示温度。在图3中，实线表示某个缓慢冷却条件下的光纤的温度推移，虚线表示此时的构成光纤的玻璃的假想温度的推移。另外，点线表示当形成冷却速度相比实线所示的缓慢冷却条件缓慢的情况下的光纤的温度推移，单点划线表示此时的构成光纤的玻璃的假想温度的推移。

当如图3中实线所示那样光纤的温度随时间降低时，如虚线所示那样假想温度与光纤的温度降低相同地降低。如上所述，在光纤的温度足够高的状态下，构成光纤的玻璃的结构弛豫的速度较快。但是，随着光纤的温度降低，玻璃的结构弛豫的速度减慢，不久后假想温度不再追随于光纤的温度降低。在此，如果将光纤的冷却速度形成得缓慢，则与冷却速度较快的情况相比，光纤将长时间保持在温度相对高的状态，因此如图3中点线以及单点划线所示，光纤的温度与假想温度的分歧变小，假想温度变得更低。即，促进了玻璃的结构弛豫。这样，如何促进构成光纤的玻璃的结构弛豫取决于光纤的温度履历。因此，关于怎样的缓慢冷却的条件适于光纤的传输损失减少，有如下考虑。

在拉丝炉110刚刚出来后的光纤的温度为极高的温度，大致为1800℃～2000℃的程度。此时，构成光纤的玻璃的结构弛豫的时间常量τ(t)如果使用例如非专利文献(k.saito，etal.，journaloftheamericanceramicsociety，vol.89，pp.65-69(2006))所示的常量a与活性化能量eact计算，则在光纤的温度为2000℃的情况下变为极短的0.00003秒的程度，在光纤的温度为1800℃的情况下变为极短的0.0003秒。在这样的高温状态下，认为构成光纤的玻璃的假想温度与光纤的温度大致一致。因此，在这样的高温度区域中即便进行光纤的缓慢冷却，玻璃的构造也会立即弛豫，因此基本无法期待缓慢冷却所带来的效果。因此，在拉丝炉110的正下方设置缓慢冷却炉121进行缓慢冷却成为过度的设备投资。换言之，在拉丝炉110与缓慢冷却炉121之间存在缝隙更佳，优选为进行上述预冷工序p2，以使向缓慢冷却炉121进入的光纤的温度达到最佳。

从光纤用母材被拉丝的光纤的外径从光纤用母材的外径连续缩径直至成为规定的大小(一般的光纤的情况为125μm)。另外，从光纤用母材被拉丝的光纤的外径变化的部分被称为缩颈部。此外，光纤的温度t依据缩颈部的力的平衡与物质的平衡求得。具体地说，如果将拉丝长边方向设为x，则在拉丝光纤的速度v的恒定状态的光纤用母材的缩颈部的剖面积s的变化率与拉丝的光纤所加载的张力f处于下式(2)的关系。

v·ds/dx＝v·s0/s0·ds/dx＝-f/β(t)……(2)

在此，s0为光纤用母材的剖面积，s0为光纤的公称剖面积，v为光纤用母材的送出速度。β(t)为在玻璃的温度t的伸长粘性系数，是粘度η的3倍。即，下式(3)成立。

β(t)＝3η(t)……(3)

另外，氧化硅玻璃的粘度η通过下式(4)求得。

log10{η(t)}＝b+c/t……(4)

当将粘度η用[pa·s]的单位表示时，为b＝-6.37，c＝2.32×10⁴[k^-1]。通过上式(4)，能够依据由上式(3)求得的粘度η求出玻璃的温度t。

图4中示出某个拉丝条件下的光纤的缩颈部的外径(●)的变化、依据该缩颈部的外径的变化求得的光纤的温度(□)的变化以及依据该光纤的温度变化求得的构成光纤的玻璃的假想温度(▲)的变化的关系。可见随着光纤的温度降低构成光纤的玻璃的粘度升高，光纤的外径的变化变得缓慢。如果光纤的温度低于大致1650℃，则构成光纤的玻璃的假想温度的降低不再追随于光纤的温度降低，两者的温度差变大。即，在光纤的温度达到1650℃的程度以前，即使不进行缓慢冷却，构成光纤的玻璃的假想温度也与光纤的温度大致一致，因此在光纤的温度成为1650℃以下之前进行缓慢冷却所产生的效果甚微。因此，将光纤向缓慢冷却炉121的进入温度设为1650℃以下。

光纤停留在缓慢冷却炉121的时间越长，越能够促进构成光纤的玻璃的结构弛豫，能够制造传输损失减少的光纤。但是，在考虑到生产性、设备投资的经济条件下，光纤停留在缓慢冷却炉121的时间优选为1秒以下。如果在上式(1)中使用规定的常量来计算玻璃的结构弛豫的时间常量τ(t)，则τ(t)为0.1秒以下出现在玻璃大约为1420℃之时，τ(t)为1秒出现在玻璃大约为1310℃之时，τ(t)为10秒出现在玻璃大约为1210℃之时。因此，尽管将光纤停留在缓慢冷却炉121的时间设为1秒的程度的情况下，为了充分得到缓慢冷却所产生的效果，也优选将光纤的向缓慢冷却炉121的进入温度设为1300℃以上或1400℃以上。

如上所述，随着光纤的温度降低，构成光纤的玻璃的结构弛豫所需的时间变长。具体地说，如果光纤的温度低于1150℃，则凭借短时间的缓慢冷却难以使玻璃的构造弛豫。因此，优选从缓慢冷却炉出来的光纤的温度为1150℃以上且低于1400℃，或者为1300℃以上。

光纤停留在缓慢冷却炉121的时间优选为0.01秒以上，更优选为0.05秒以上。光纤停留在缓慢冷却炉121的时间越长，构成光纤的玻璃的结构越容易弛豫。另外，光纤停留在缓慢冷却炉121的时间优选为1秒以下，更优选为0.5秒以下。光纤停留在缓慢冷却炉121的时间越短，越能够缩短缓慢冷却炉121的长度，因此能够抑制过度的设备投资。另外，光纤停留在缓慢冷却炉121的时间越短，越能够加快拉丝速度，因此能够提高光纤的生产性。

此外，缓慢冷却炉121的长度可以按照如下方式设定。由于构成光纤的玻璃的假想温度为最低的温度履历仅取决于缓慢冷却时间t，因此通过求出制造的光纤从能够实现应该达成的传输损失的假想温度开始缓慢冷却所需的时间t，决定考虑了生产性的拉丝速度v，从而依据下式(5)求出所需的缓慢冷却炉121的长度l。

t＝l/v……(5)

＜快速冷却工序p4＞

在缓慢冷却工序p3后，为了提高光纤的耐外伤性等，将光线以覆盖层覆盖。该覆盖层通常由紫外线固化性树脂构成。由于形成这样的覆盖层，因此需要将光纤冷却至足够低的温度，以避免引起覆盖层的烧损等。光纤的温度给涂覆的树脂的粘度造成影响，结果给覆盖层的厚度造成影响。形成覆盖层时的适当的光纤的温度根据构成覆盖层的树脂的性质被适当地决定。

在本实施方式的光纤的制造方法中，通过设置缓慢冷却炉121，使用于从分冷却光纤的区间缩短。特别是在本实施方式的光纤的制造方法中具备预冷工序p2，因此用于充分冷却光纤的区间进一步缩短。因此，在本实施方式的光纤的制造方法中，具备通过冷却装置122快速冷却从缓慢冷却炉121出来的光纤的快速冷却工序p4。在快速冷却工序p4中，相比缓慢冷却工序p3，光纤被快速冷却。通过具备这样的快速冷却工序p4，能够在较短的区间使光纤的温度充分降低，因此容易形成覆盖层。从冷却装置122出来时的光纤的温度例如为40℃～50℃。

如上所述经由冷却装置122被冷却至规定的温度的光纤通过被放入成为覆盖光纤的覆盖层的紫外线固化性树脂的涂覆装置131，被该紫外线固化性树脂覆盖。进而，通过紫外线照射装置132，被照射紫外线，使紫外线固化性树脂固化从而形成覆盖层，得到光纤1。此外，覆盖层通常由双层构成。在形成双层的覆盖层的情况下，在由构成各层的紫外线固化性树脂覆盖光纤后，通过使这些紫外线固化性树脂一次固化，能够形成双层的覆盖层。另外，也可以在形成第一层的覆盖层后再形成第二层的覆盖层。然后，光纤1通过转向轮141改变方向，并由卷盘142收卷。

至此，以优选的实施方式为例对本发明进行了说明，不过本发明并不局限于此。换句话说，本发明的光纤的制造方法只要具备上述的缓慢冷却工序即可，预冷工序、快速冷却工序并非必须的构成要素。另外，本发明的光纤的制造方法可以应用于所有种类的光纤的制造。

[实施例]

以下，举出实施例以及比较例对本发明的内容进行更具体的说明，不过本发明并不局限于此。

(实施例1～9)

使用在纤芯中掺杂有锗、具有突变型的折射率曲线、且包层相对于纤芯的比折射率差为0.33％的标准单模光纤用的母材，按照以下的条件制造光纤。

在拉丝炉的正下方安装长度30cm～1m的空冷金属管，该空冷金属管的中空部内的气氛与拉丝炉内的气氛(非活性混合气体)几乎相同。由此，从光纤用母材的熔融位置直至缩颈部，刚被拉丝之后的光纤的周边的气氛、温度并未发生急剧变化。如此一来，从拉丝炉拉出的光纤在通过空冷金属管的中空部内的期间被预冷至适于向缓慢冷却炉进入的温度。将从空冷金属管的出口直至缓慢冷却炉的入口的距离设为200mm～350mm，该范围与大气气氛连通。

光纤的缓慢冷却炉进入温度以及出来温度在从缓慢冷却炉入口或出口离开100mm～200mm的位置使用rosendahlnextrom公司制的non-contactfiberthermometer测定，并在表1中示出三位有效数字。缓慢冷却炉停留时间相当于光纤在缓慢冷却炉中被冷却的时间，由缓慢冷却炉的长度与拉丝速度算出，以一位有效数字示于表1。

从缓慢冷却炉出来的光纤在通过含有氦(he)的气体的水冷金属管(冷却装置)的中空部内通过，由此被快速冷却至可形成树脂覆盖层的温度。以使树脂覆盖层达到所希望的厚度的方式调整上述he浓度，或者调整水冷金属管的数量，调整光纤的温度。

通过otdr法对如上所述被制造的光纤的1550nm处的传输损失进行测定，将其结果示于表1。此外，条长为20km以上。

(比较例1)

除了不使用缓慢冷却炉以外，按照与实施例1相同的条件制造光纤，采用相同的方法测定传输损失。将其结果示于表1。

如表1所示，在未进行缓慢冷却的比较例1的情况下，传输损失为0.185db/km。

另一方面，实施例1～9的光纤传输损失为0.183db以下，与比较例的光纤相比，能够缩小传输损失。此外，实施例1～9的光纤以及比较例1的光纤被确认为除了传输损失之外，光学特性与通常的制造时所产生的偏差的范围一致，具有与标准单模光纤同等的特性。

特别是，在实施例1～4中，通过以适当的条件缓慢冷却，可制造出传输损失为0.180db/km以下的良好的光纤。

另一方面，即便如实施例1那样缓慢冷却炉较短、拉丝速度较快、缓慢冷却炉停留时间较短为0.05秒的条件下，通过按照适当的温度履历缓慢冷却，仍可实现0.180db/km的传输损失，凭借经济性高的条件仍能够制造出传输损失低的光纤。

表1：

其中，附图标记说明如下：

1：光纤；1p：光纤用母材；110：拉丝炉；111：加热部；120：筒状体；121：缓慢冷却炉；122：冷却装置；131：涂覆装置；132：紫外线照射装置；141：转向轮142：卷盘；p1：拉丝工序；p2：预冷工序；p3：缓慢冷却工序；p4：快速冷却工序。