光纤的制造方法及制造装置以及光纤的利记博彩app
【专利摘要】提供一种光纤的制造方法和制造装置以及由此制造的光纤，该光纤的制造方法和制造装置通过使用低价的非活性气体等和低价的辅助装置，一边抑制玻璃光纤的直径变化，一边减少传送损耗的增加。具有：炉心管(13)，在其中插入光纤用玻璃母材(11)；以及加热单元(15)，其配置在炉心管的外部，从外侧对炉心管进行加热，在使光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行光纤(12)的拉丝，并从炉心管下部的导出口导出至外部而制造光纤。作为送入至炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于50％的气体，在炉心管的下部设有长度为Da(mm)的保护管(17)，该保护管构成为，其上部是长度为Db(mm)的由隔热材料(18)包围的隔热材料区域(17a)，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域(17b)，使得保护管出口处的玻璃光纤的温度小于或等于1700℃，并且，使得保护管出口处的玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6μm的范围内。
【专利说明】光纤的制造方法及制造装置以及光纤
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在使光纤用玻璃母材加热熔融的同时进行光纤拉丝的光纤的制造方法及制造装置、以及由此制造的光纤。
【背景技术】
[0002]光纤通过下述方法制造而成，即，使用专用的拉丝炉对光纤用玻璃母材(以下称为玻璃母材)进行加热熔融并对光纤进行拉丝，在该光纤的外表面实施保护包覆。拉丝炉构成为，在炉框体内配置供玻璃母材插入的炉心管，利用配置在炉心管外部的加热装置对炉心管进行加热，使玻璃光纤从加热熔融后的玻璃母材下端垂下，并从炉心管的下方出口拉出。炉心管通常使用具有耐热性的碳，但为了防止该炉心管的氧化等，向炉心管内送入氩气(Ar)、氦气(He)等稀有气体或氮气(N2)等气体(以下称为非活性气体等)。
[0003]送入至炉心管内的非活性气体等在大多情况下从炉心管的上方朝向下方流动，在该情况下，与从玻璃母材拉丝得到的玻璃光纤一起从炉心管的下方释放至外部。在使用了粗径玻璃母材而进行的拉丝中，由于玻璃母材的缩颈部周边的空间变大，在该空间部分中流动的气体的温度分布变得不均匀，因此，拉丝得到的玻璃光纤直径的变化易于变大。如果玻璃光纤直径的变化变大，则产生在连接器连接时连接损耗变大等问题。因此有时使用下述方法，即，通过作为非活性气体等利用热传导性优良的He气而实现温度分布的均匀化，从而抑制玻璃光纤的直径变化。另外，在炉心管的下部设置保护管(也称为下烟筒或下部延长管)，将刚拉丝后的玻璃光纤与外部空气隔离而抑制由于外部空气的紊乱所引起的玻璃光纤的直径变化。
[0004]但是，由于He气的热传导率优良，因此如果在保护管内使用He气，则玻璃光纤急速冷却。加热熔融后的玻璃光纤由于其热能而使玻璃内的原子和分子振动，排列变得杂乱，处于杂乱状态的原子、分子在玻璃冷却的过程中由于重新排列而使玻璃的结构弛豫发展，在规定的温度下平衡并冻结、固化。平衡温度作为玻璃结构杂乱度的指标，也称为假想温度，在玻璃冷却缓慢进行的情况下，玻璃内的原子、分子的杂乱状态比较缓和，假想温度移至低温侧。另一方面，如果玻璃受到急速冷却，则在玻璃内的原子、分子的重新排列处于杂乱状态的情况下进行冻结固化，假想温度移至高温侧。
[0005]如上所述，如果使用He气，则刚拉丝后的处于加热熔融状态的玻璃光纤在保护管内由于热传导率优良的He气而急速冷却，因此，玻璃内的原子、分子在杂乱状态下被冻结，因此，成为假想温度较高的状态，无法降低光纤的瑞利散射强度，结构导致传送损耗变大。
[0006]为了应对上述现象，例如在专利文献I中公开了下述技术，即，在炉心管的出口附近与炉心管之间，设置使He气中混合有热传导率较低气体的气体混合层，抑制玻璃光纤的急速冷却。
[0007]另外，在专利文献2中公开了下述技术，即，将拉丝得到的玻璃光纤导入至渐冷部，利用温度调节用的Ar气保持常温或进行加热，使玻璃光纤逐渐冷却。
[0008] 另外，在专利文献3中公开了下述技术，即，在从玻璃母材拉出玻璃光纤时，实施热处理(逐渐冷却)而将假想温度设为规定范围内，并且，使玻璃光纤的残余应力(拉应力)从包层内侧朝向外侧降低，减小径向分布差，减小传送损耗。
[0009]专利文献1:日本特许第4356155号公报
[0010]专利文献2:日本特开2003 - 176149号公报
[0011]专利文献3:日本特许第4663277号公报
【发明内容】
[0012]随着信息化社会的进展，通用光纤(单模光纤)的用途从长距离的光信号传送发展至距离较短的引入屋内而分支形成屋内的LAN等。在与此相伴的光纤连接中多使用光连接器，特别是多芯光连接器的使用增加。向该多芯光连接器的光纤安装，是通过将玻璃光纤插入到高精度地形成在连接器成型体上的光纤插孔中而进行的。在该情况下，如果玻璃光纤直径较大则无法插入，如果玻璃光纤直径较小，则插孔的中心位置偏移，产生连接损耗不良。即，针对多芯光连接器的安装，如果所使用的光纤的玻璃光纤的直径变化较大，则制造上的成品率降低、连接损耗增加的问题变得显著。 [0013]为了减小光纤的玻璃光纤的直径变化，如上述所示，需要在从玻璃母材进行拉丝的工序中使用He气。但是，与Ar气、N2气等其他非活性气体等相比，He气非常贵，成为增加光纤制造成本的主要原因。对此，也有将He气回收而进行再利用的提案，但从设备庞大，且早期投资、运行成本方面考虑是不合理的。
[0014]另外，为了减小传送损耗，需要将刚拉丝后的玻璃光纤逐渐冷却，但存在下述问题:如专利文献I~3所示用于逐渐冷却的气体供给装置和加热单元的设置也需要前期投资、运行成本，而且，条件设定和调整需要工时。
[0015]本发明就是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供一种光纤的制造方法和制造装置以及由此制造的光纤，该光纤的制造方法和制造装置使用低价的非活性气体等和低价的辅助装置抑制玻璃光纤的直径变化，并减少传送损耗的增加。
[0016]本发明所涉及的光纤的制造方法及制造装置具有:炉心管，在其中插入光纤用玻璃母材；以及加热单元，其配置在炉心管的外部，从外侧对炉心管进行加热，在使光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行玻璃光纤的拉丝，并从炉心管下部的导出口导出至外部而制造光纤。
[0017]作为送入至炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于50%的气体，在炉心管的下部设有长度为Da(mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域。并且，在将光纤的拉丝速度设为V(m/分钟)时，将所述Da及Db的长度设定为满足V/Da < 1.2且V/Db ( 2.3，使得保护管出口处的玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内。
[0018]另外，作为送入至炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于85%的气体，在炉心管的下部设有长度为Da(mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域，在将光纤的拉丝速度设为V (m/分钟)时，将所述Da及Db的长度设定为满足V/Da ≤1.2且V/Db ( 7.7，使得保护管出口处的所述玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得保护管出口处的玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内。
[0019]另外，优选在上述结构中，V/Da≤1.0，保护管出口处的玻璃光纤的温度小于或等于1650°C,并且,保护管出口处的玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+1.6μπι的范围内。
[0020]另外，优选使得保护管内部的格拉斯霍夫数Gr除以雷诺数Re的平方所得到的值小于或等于I。
[0021]关于通过上述方法制造出的光纤，玻璃光纤直径的变化小于或等于±0.4μπι或者小于或等于±0.15 μ m，光纤的1120cm — 1附近的反射谱在大于或等于1119.83cm —1处具有峰值，或者，2250cm—1附近的吸收谱在大于或等于2248.54cm —1处具有峰值。
[0022]另外，优选通过上述方法制造出的光纤的残余应力从径向内侧朝向外侧单调增加，并且，对所述区间的拉应力分布进行直线近似时的斜率为+0.0MPa/ μ m~+0.5MPa/μ m0此外，本发明特别适用于拉丝速度较快的情况(例如拉丝速度大于或等于1000m/分钟)，能够在低成本且保持品质的情况下，获得生产率高的光纤。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明，能够减少高价的He气的使用，另外，即使不使用用于对拉丝得到的光纤进行逐渐冷却的特 殊装置，也能够获得玻璃光纤的直径变化小，且传送损耗小于或等于规定值的光纤。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是说明在本发明的光纤的制造中使用的拉丝炉的一个例子的图。
[0026]图2是表示热传导率与He气中的Ar气浓度的依存性的图。
[0027]图3是表示玻璃光纤温度和玻璃光纤的直径变化、保护管出口的玻璃光纤外径值的关系的图。
[0028]图4是对本发明所涉及的玻璃光纤的残余应力进行说明的图。
[0029]图5是表示本发明的评价结果的图。
【具体实施方式】
[0030]下面，根据图1，对本发明的光纤的制造方法及制造装置的概略进行说明。此外，下面，以利用加热器对炉心管进行加热的电阻炉为例进行说明，但本发明也可应用于向绕组施加高频电源，对炉心管进行感应加热的感应炉。
[0031]在图中，10表不拉丝炉，11表不光纤用玻璃母材(玻璃母材)，Ila表不玻璃母材下端部，12表不玻璃光纤，13表不炉心管，14表不炉框体，15表不加热器，16、18表不隔热材料，17表示保护管，17a表示隔热材料区域，17b表示非隔热材料区域。
[0032]光纤的拉丝如图1所示，通过下述方式进行，即，通过对悬挂支撑的光纤用玻璃母材11 (以下称为玻璃母材)的下部进行加热熔融，从而使玻璃光纤12从玻璃母材下端部Ila熔融垂下，以形成规定的玻璃光纤直径的方式进行拉丝。用于上述方式的光纤拉丝炉10构成为，以对在其中插入供给玻璃母材11的炉心管13进行包围的方式配置加热用的加热器15，并利用碳插芯、碳制成型隔热材料等碳制的隔热材料16进行包围，以使该加热器15的热量不向外部释放，并由炉框体14包围该隔热材料16的整个外侧。[0033]玻璃母材11由悬挂机构(省略图示)悬挂支撑，被控制为随着光纤拉丝的进行而逐渐向下方移动。炉框体14由不锈钢等耐腐蚀性优异的金属形成，在中心部配置由高纯度的碳形成的后述圆筒状的炉心管13。为了防止炉心管13的氧化.劣化，在炉心管13内流入氩气、氦气、氮气等非活性气体等，该非活性气体等穿过玻璃母材11与炉心管13之间的间隙，其大部分经由保护管17而与拉丝得到的玻璃光纤12—起被释放到外部，该保护管17以延长炉心管13的方式设置在拉丝炉10的下方。
[0034]保护管17具有下述功能，即，在对正在加热软化的玻璃光纤12的急速冷却进行缓和的同时，进行一定程度的冷却硬化而抑制玻璃光纤的直径变化。此外，有时也在保护管17的下端设置挡板等。该保护管17由与炉心管相同的碳或不锈钢等金属形成，但也能够与炉心管13分离而连结地设置在炉心管13的下端。
[0035]在本发明中，在使用上述结构的拉丝炉10对光纤进行拉丝时，作为流入至炉心管13内的非活性气体等，使用Ar或N2气的含量大于或等于50%、或者大于或等于85%的气体。即，Ar或N2气的含量可以为100%，在使用He气与Ar或N2气的混合气体的情况下，也使用Ar或队气的含量大于或等于50%、或者大于或等于85%的气体。
[0036]通过使用Ar或N2气，与使用100% He气的情况相比，能够抑制从玻璃母材11的下端部Ila熔融垂下的玻璃光纤12的急速冷却，容易使玻璃光纤的结构弛豫发展。
[0037]为了使玻璃光纤的结构弛豫发展，在Ar或N2气的含量大于或等于50%时有效，无需如专利文献1、2公开所示，在炉心管13的出口附近导入用于进行逐渐冷却的温度调整用气体等。其结果，能够避免由于来自其它开口的气体导入而对玻璃光纤造成障碍、干涉，排除引起玻璃光纤的振动、玻璃光纤直径变化的原因。另外，能够使价格较高的He气的用量减少大于或等于50%，在成本方面的效果也很显著。
[0038]此外，通过将Ar或N2气的比例提高至大于或等于85 %，从而能够进一步使玻璃光纤的结构弛豫发展，且能够削减成本。
[0039]在拉丝炉10的下方设置的保护管17的上部侧(上游侧)，由隔热材料18包围而抑制从该上部侧的散热，使得刚拉丝后的玻璃光纤的温度的急速冷却缓和。如果将由该隔热材料18包覆的范围设为隔热材料区域17a，则优选在该隔热材料区域17a内保持玻璃光纤12，直至玻璃光纤12的温度达到小于或等于1800°C。由此，能够容易地在玻璃光纤冷却的过程中使玻璃光纤的结构弛豫发展。
[0040]此外，由于非活性气体等中的Ar或N2气的比例越高，越能够使玻璃光纤的结构弛豫发展，因此，Ar或N2气的比例越高，能够将隔热材料区域17a设得越短。
[0041]图2作为一个例子，示出热传导率与He气中的Ar气浓度之间的依存性曲线，由该曲线可知，Ar气的比例越高，热传导率越低，使玻璃光纤温度的急速冷却缓和。
[0042]隔热材料区域17a的下方侧(下游侧)设置没有隔热材料的非隔热材料区域17b (至保护管17的下端位置为止)，与上部侧相比促进结构弛豫后的玻璃光纤12的冷却。即，对于玻璃结构固定化后的玻璃光纤，优选此后的冷却以一定程度加速进行，抑制使得设备高度(保护管的长度)不会过高。
[0043]但是，由于使用Ar或队气和设置保护管17的隔热材料区域17a，因此出口侧的玻璃光纤外径的缩径延缓，保护管17出口处的外径相对于目标值(最终外径)增大为大于或等于规定值，玻璃光纤的直径变化也增加。[0044]即，由于从保护管17的出口导出的玻璃光纤会直接暴露在外部空气中，因此，玻璃光纤外径必须缩径为等于或小于目标光纤外径+6 μ m,优选等于或小于+1.6 μ m,更优选等于或小于+0.2 μ m。为此，优选在非隔热材料区域17b内将玻璃光纤12的温度冷却达到小于或等于1700°C、优选小于或等于1650°C，更优选小于或等于1500°C。随着玻璃光纤的温度增高，如图3(A)所示，能够观察到玻璃光纤的直径变化变大的倾向，另外，如图3(B)所示，能够观察到在将玻璃光纤直径的目标值设为125 μ m时，保护管17的出口处的外径值变得比目标值大的倾向。
[0045]此外，在拉丝炉出口处的玻璃光纤温度的测定，能够通过红外线传感器等进行测定，玻璃光纤直径能够使用激光外径测定器等进行测定。
[0046]用于将玻璃光纤温度形成为上述规定温度的保护管及隔热材料区域的长度，依赖于进行拉丝的玻璃光纤的线速度V(m/分钟)，线速度越快，越需要增加长度。在将保护管的长度设为Da (mm)，将隔热材料区域的长度设为Db(mm)时，在作为送入至炉心管内的气体而使用氩气或氮气的含量大于或等于50%的气体的情况下，优选设定为V/Da ≤ 1.2且V/Db≤ 2.3。如果使用该式，则在将拉丝速度设为例如1000 (m/分钟)时，Da≥833nm,Db ≥435nm。
[0047]此外，更优选设为V/Da ≤ 1.0且V/Db ≤ 2.3，如果使用该式，则在将拉丝速度设为例如 1000 (m/ 分钟)时，Da ≥ 100nm, Db ≥ 435nm。
[0048]另外，在作为送入至炉心管内的气体而使用氩气或氮气的含量大于或等于85%的气体的情况下，优选设为V/Da ≤ 1.2且V/Db ≤ 7.7。如果使用该式，则在将拉丝速度设为例如 1000 (m/ 分钟)时，Da ≥833nm, Db ≥ 130nm。
[0049]此外，更优选设定为V/Da ≤ 1.0且V/Db≤ 7.7，如果使用该式，则在将拉丝速度设为例如 1000 (m/ 分钟)时，Da ≥ 100nm, Db ≥ 130nm。
[0050]保护管17的隔热材料区域17a能够通过将隔热材料18配置在保护管17的外周而形成。隔热材料18能够使用与对拉丝炉的加热器15进行包覆的隔热材料16相同的材料，抑制由加热器15加热后的保护管17的热量被释放到外部。该隔热材料区域17a能够使从玻璃母材11的下端部Ila熔融垂下的玻璃光纤12的急速冷却缓和，使玻璃光纤的结构弛豫发展。因此，在该隔热材料区域17a中，可以不像现有技术那样另外使Ar或N2气流入或者利用加热装置进行加热，不需要庞大的气体供给装置、加热装置，能够实现光纤的制造成本的削减。
[0051]如上述所示，通过使用Ar或N2气，能够降低制造成本，并且，能够使玻璃光纤的结构弛豫发展并使假想温度移至低温侧，使玻璃内的原子、分子的排列状态整齐，降低光纤的瑞利散射强度，减小传送损耗。
[0052]但是，由于Ar或N2气的热传导性比He气小(He气的1/8左右)，玻璃母材的下端部Ila的缩颈部的形状延长，因此，Ar或N2气的使用易于受到干扰(气流等)的影响。
[0053]例如,对周边的气流紊乱反应灵敏,缩颈部的形状及使垂下的玻璃光纤直径容易发生变化。因此，可以在玻璃母材的下端部Ila的附近，对应于缩颈部的形状而将炉心管13缩径，抑制非活性气体等的流动紊乱。通过按照上述方式缩径，从而能够有效地使来自加热器15的辐射热量向玻璃母材侧反射，提高加热效率。
[0054]另外，由于炉心管内的压力变化，玻璃光纤直径也发生变化。但是，根据调查结果可知，通过将炉心管内的压力变化减小至小于或等于1Hz，从而能够使玻璃光纤的直径变化成为期望值(小于或等于±0.4 μ m)。此外，玻璃光纤直径的变化值能够规定为玻璃光纤直径波动(标准偏差)的3倍的值。另外，还可知在使用He气的情况下几乎不受到压力变化的影响。此外，炉心管内的压力能够通过在拉丝炉的适当部位开设压力测定口并设置压力计而容易地测量。
[0055]炉心管内的压力变化也会由于保护管17内的气体流动方式而产生。具体来说，在保护管内的格拉斯霍夫数Gr除以雷诺数Re的平方所得到的值(Gr/Re2)大于I的情况下，保护管内的气流因浮力效应而紊乱，引起压力变化。该压力变化作用于玻璃母材的下端部11a，使玻璃光纤直径变化。因此，优选以使保护管内的上述值(Gr/Re2)小于或等于I的方式设定保护管内径等。
[0056]此外，在将气流速度设为W，将运动粘性系数设为V，将保护管内径设为d，将重力加速度设为g，将体膨胀系数设为β，将温度差设为Λ Θ时，格拉斯霍夫数Gr、雷诺数Re由下述公式表示，
[0057]雷诺数:Re= wd/ v
[0058]格拉斯霍夫数:Gr= (d3g β Δ θ ) / ( ν 2)。
[0059]在石英玻璃光纤的拉丝工艺中，能够设为β = 1/Τ，另外，以T (温度)=1850Κ (绝对温标)，Λ θ = 1550Κ为代表值进行计算。此外，气流速度w是将导入至炉内的气流速度wl、和依赖于拉丝速度并受到玻璃光纤牵引的炉内气流速度(牵引流)w2合成而得到的。
[0060]利用上述方法制造出的光纤，通过使用Ar或N2气和采用以隔热材料包围上部的保护管所构成的渐冷构造，能够是玻璃的结构弛豫发展，与使用He气而没有设置渐冷构造的情况相比，能够降低假想温度，一定程度地减小传送损耗，并且，能够大幅度地降低制造成本。并且，通过将保护管出口的玻璃光纤温度限定于规定范围内，在保护管内缩径至等于或小于目标外径+6 μ m,从而减小暴露在外部空气中时的外径，并且，通过抑制压力变化而能够减小玻璃光纤的直径变化。此外，优选玻璃光纤直径的变化为小于或等于±0.4μπι。该光纤使针对多芯光连接器安装的成品率良好，并且，能够减小连接损耗。
[0061]如果通过玻璃光纤的拉丝过程中的冷却，例如将玻璃光纤的假想温度降低30°C，则能够将传送损耗在大致1.55 μ m的波长范围处减少0.002dB/km左右。即，通过降低假想温度，能够使玻璃光纤的结构弛豫发展，减少传送损耗。
[0062]此外，假想温度的计算值由于根据测定方法、所使用的计算式而不同，因此，优选在具有假想温度依存性的反射谱峰值位置、或者吸收谱峰值位置估计假想温度。
[0063]即，通过上述方法拉丝得到的本发明所涉及的玻璃光纤，优选1120cm—1附近的反射谱峰值位置位于大于或等于1119.83cm —1处，或者，2250cm—1附近的吸收谱峰值位置位于大于或等于2248.54cm 1处。
[0064]另外，冷却后的玻璃光纤具有拉伸和压缩的残余应力。图4是表示该玻璃光纤的径向的残余应力(包层应力)分布的一个例子的图。在图中，“a”表示使用Ar气进行拉丝得到的本发明中作为对象的光纤，“b”表示现有的使用He气进行拉丝得到光纤，“c”表示在引用文献3中公开的光纤的例子。此外，图中的残余应力在零以上为拉应力，在零以下为压缩应力。
[0065]在现有的使用He气而没有进行逐渐冷却就冷却后的光纤“b”中，玻璃光纤的外表面与热传导性优良的He气接触而急速冷却，因此，在玻璃光纤的包层的外周侧产生由于拉伸所引起的较大的残余应力。而且，朝向包层的内侧产生由于压缩所引起的残余应力，在中央的纤芯区域产生由于压缩所引起的残余应力。即，成为残余应力的径向分布差大的光纤。
[0066]另一方面，光纤“c”是专利文献3中公开的结构，包层部分的大致整个区域受到拉应力，该拉应力从包层的内侧朝向外侧减少。根据该应力分布，玻璃光纤的残余应力的径向分布差小，因此，能够期待传送损耗小，且将瑞利散射也抑制得较低。但是，为了获得这种应力分布，意味着在玻璃光纤的冷却过程中，要经过降低一上升一降低的热处理。玻璃光纤的温度变化给出了周围的气体温度不单调变化的启示，成为气流容易产生紊乱的状态，玻璃光纤直径的变化有可能变大。另外，玻璃光纤的热处理必须使用引用文献2所示的特殊的热处理装置(渐冷装置)。
[0067]与其相对，在使用Ar气、由上述的隔热材料区域进行逐渐冷却的本发明所涉及的光纤“a”中，玻璃光纤的外周面与热传导性低的Ar气接触，而且，由在保护管的周围配置有隔热材料的隔热材料区域使得玻璃光纤的急速冷却缓和。其结果，包层外周侧的拉应力减小，成为从包层的内侧朝向外侧缓慢且单调地增加的残余应力。
[0068]具体来说，形成为，将从包层的内侧朝向外侧的应力分布进行直线近似时的斜率为+0.0MPa/ μ m~+0.5MPa/ μ m0该斜率的状态为:残余应力的径向分布差小，内部应力的畸变小，有效地减少由玻璃密度的波动等引起的传送损耗增加。
[0069]图5示出以使上述的玻璃光纤的直径变化小于或等于±0.4(μπι)、或者小于或等于±0.15 (μ m)，使传送损耗小于或等于0.185(dB/km)为目标，而针对制造方法进行评价的试验结果。此外，在试验中所使用的光纤(样品I~14)是玻璃光纤直径为125μπι的单模光纤，在光纤制造中所 使用的拉丝炉具有图1所示的构造，在将导入至炉心管内的气体设为He气100%、Ar气100%、Ar气50% +He气50%的混合气体、Ar气85% +He气15%这4种、以及保护管17上部有无隔热材料区域17a的条件下进行了试验。
[0070]样品I是使用与导入至炉心管内的气体为He气100%，且在保护管17上部没有设置隔热材料区域17a的标准接近的制造方法所制造出的。评价结果为，虽然玻璃光纤的直径变化小，但传送损耗未达到目标值，与现有产品的光纤同等程度。
[0071]样品2与样品I相同地，没有设置隔热材料区域17a，除了导入至炉心管内的气体为Ar气50% +He气50%的混合气体之外，与样品I相同。评价结果为，由于玻璃光纤的直径变化未达到目标值，因此，未对其他特性进行测定。
[0072]样品3与样品I相同地，没有设置隔热材料区域，除了导入至炉心管内的气体为Ar气85% +He气15%的混合气体之外，与样品1、2相同。评价结果为，(Gr/Re2)变大，与样品2相比，玻璃光纤的直径变化更大。
[0073]样品4是使导入至炉心管内的气体为Ar气100 %，在保护管17的上部以保护管长度的大致1/2的长度设置隔热材料区域17a。评价结果为，与样品3相比玻璃光纤的直径变化变小，但出口温度未充分下降，(Gr/Re2)也大于1，因此，玻璃光纤的直径变化未达到目标值。
[0074]样品5与样品4相同地，在保护管的上部设置隔热材料区域17a，导入至炉心管内的气体与样品2相同地，为Ar气50% +He气50%的混合气体。但是，将隔热材料区域17a的长度Db缩短至样品4的情况下的大约1/2。评价结果为，玻璃光纤的直径变化与样品4相比变好，但包层部的应力斜率(包层应力)未降低，传送损耗也未达标。
[0075]样品6与样品5相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气50% +He气50%的混合气体。但是，保护管17上部的隔热材料区域17a与样品4相同，设为保护管长度的大约1/2的长度。评价结果为，使传送损耗小于或等于目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.1Oym0即，可以说通过将保护管17的上部的隔热材料区域17a设为规定长度，从而能够抑制玻璃光纤的直径变化。
[0076]样品7与样品6相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气100%，(Gr/Re2)小于样品6，为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.4μπι。即，可以说即使Ar气为100%，也能够通过使(Gr/Re2)小于或等于1，从而抑制玻璃光纤的直径变化。
[0077]样品8与样品7相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气100%，但是，保护管17的长度与样品7相比要长，为1.3倍。(Gr/Re2)与样品7相同，为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，使玻璃光纤的直径变化小于样品7，为±0.15 μ m。
[0078]样品9与样品7相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气85% +He气15%的混合气体。但是，保护管17的上部的隔热材料区域17a比样品7要短，为保护管长度的0.15倍。(Gr/Re2)与样品7相同，为0.1。评价结果为，虽然传送损耗与样品7相比有所提高，但传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于样品7，为+ 0.11 μ m。
[0079]样品10与样品9 相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气100%。(Gr/Re2)与样品9相同，为0.1。评价结果为，虽然玻璃光纤的直径变化大于样品9，但传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.39 μ m。
[0080]样品11与样品9相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气85% +He气15%的混合气体。但是，保护管的长度与样品9相比要长，形成为1.3倍。(Gr/Re2)与样品9相同，为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.1Oym0
[0081]样品12与样品11相同地，设置隔热材料区域17a，使导入至炉心管内的气体为Ar气100%。(Gr/Re2)与样品11相同，为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.15 μ m。
[0082]样品13设置与样品8相同长度的隔热材料区域17a，也同样地使导入至炉心管内的气体为Ar气100%。但是，保护管的长度与样品8相比要长，形成为大约1.3倍。(Gr/Re2)为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.10 μ m。
[0083]样品14设置与样品12相同长度的隔热材料区域17a，也同样地使导入至炉心管内的气体为Ar气100%。但是，保护管的长度与样品12相比要长，形成为大约1.3倍。(Gr/Re2)为0.1。评价结果为，传送损耗达到目标值，并且，玻璃光纤的直径变化小于或等于目标值，为±0.10 μ m。
[0084]此外，显示出良好特性的样品6~样品14在1120cm—1附近的反射峰值位于大于或等于1119.83cm —1的范围，2250cm—1附近的吸收峰值位于大于或等于2248.54cm—1的范围，与此相对，样品1、5的反射谱、吸收谱在该范围以外。
[0085]另外，包层应力在样品6~样品14中为小于或等于0.5MPa/ μ m,与此相对，在样品
1、5 中大于 0.5MPa/ μ mD
[0086]标号的说明
[0087]10...拉丝炉，11...光纤用玻璃母材(玻璃母材)，11a...玻璃母材下端部，12…玻璃光纤，13...炉心管，14...炉框体，15…加热器，16、18...隔热材料，17…保护管，17a...隔热材料区域，17b…非隔热材料区域。
【权利要求】
1.一种光纤的制造方法，其具有:炉心管，在其中插入光纤用玻璃母材；以及加热单元，其配置在所述炉心管的外部，从外侧对所述炉心管进行加热，在该光纤的制造方法中，在使所述光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行玻璃光纤的拉丝，并将该玻璃光纤从所述炉心管下部的导出口导出至外部， 该光纤的制造方法的特征在于， 作为送入至所述炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于50 %的气体，在所述炉心管的下部设有长度为Da (mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域， 在将所述光纤的拉丝速度设为V(m/分钟)时，将所述Da及所述Db的长度设定为满足V/Da≤1.2且V/Db ≤ 2.3，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内。
2.一种光纤的制造方法，其具有:炉心管，在其中插入光纤用玻璃母材；以及加热单元，其配置在所述炉心管的外部，从外侧对所述炉心管进行加热，在该光纤的制造方法中，在使所述光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行玻璃光纤的拉丝，并将该玻璃光纤从所述炉心管下部的导出口导出至外部， 该光纤的制造方法 的特征在于， 作为送入至所述炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于85 %的气体，在所述炉心管的下部设有长度为Da (mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域， 在将所述光纤的拉丝速度设为V(m/分钟)时，将所述Da及所述Db的长度设定为满足V/Da ≤1.2且V/Db ≤ 7.7，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其特征在于， V/Da≤1.0，所述保护管出口处的所述玻璃光纤的温度小于或等于1650°C，并且，所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+1.6 μ m的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤的制造方法，其特征在于， 使得所述保护管内部的格拉斯霍夫数Gr除以雷诺数Re的平方所得到的值小于或等于1
5.一种光纤的制造装置，其具有:炉心管，在其中插入光纤用玻璃母材；以及加热单元，其配置在所述炉心管的外部，从外侧对所述炉心管进行加热，该光纤的制造装置在使所述光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行玻璃光纤的拉丝，并将该玻璃光纤从所述炉心管下部的导出口导出至外部， 该光纤的制造装置的特征在于， 作为送入至所述炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于50%的气体，在所述炉心管的下部设有长度为Da (mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域，使得所述玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内，在将所述光纤的拉丝速度设为V (m/分钟)时，将所述Da及Db的长度设定为满足V/Da≤1.2且V/Db≤2.3。
6.一种光纤的制造装置，其具有:炉心管，在其中插入光纤用玻璃母材；以及加热单元，其配置在所述炉心管的外部，从外侧对所述炉心管进行加热，该光纤的制造装置在使所述光纤用玻璃母材加热熔融的同时，进行玻璃光纤的拉丝，并将该玻璃光纤从所述炉心管下部的导出口导出至外部， 该光纤的制造装置的特征在于， 作为送入至所述炉心管内的气体，使用氩气或氮气的含量大于或等于85%的气体，在所述炉心管的下部设有长度为Da (mm)的保护管，该保护管构成为，其上部是长度为Db (mm)的由隔热材料包围的隔热材料区域，其下部为没有用隔热材料包围的非隔热材料区域， 使得所述玻璃光纤的温度小于或等于1700°C，并且，使得所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+6 μ m的范围内，在将所述光纤的拉丝速度设为V(m/分钟)时，将所述Da及Db的长度设定为满足V/Da≤1.2且V/Db ≤ 1.1.
7.根据权利要求5或6所述的光纤的制造装置，其特征在于， 所述玻璃光纤的温度小于或等于1650°C，所述保护管出口处的所述玻璃光纤的外径落入等于或小于目标玻璃光纤外径+1.6 μ m的范围内，V/Da≤1.0。
8.一种光纤 ，其通过权利要求1、2、4中任一项所述的制造方法制造而成， 该光纤的特征在于， 玻璃光纤直径的变化小于或等于±0.4 μ m。
9.一种光纤，其通过权利要求3或4所述的制造方法制造而成， 该光纤的特征在于， 玻璃光纤直径的变化小于或等于±0.15 μ m。
10.根据权利要求8或9所述的光纤，其特征在于， 所述光纤的1120cm — 1附近的反射谱在大于或等于1119.83cm — 1处具有峰值，或者，.2250cm—1附近的吸收谱在大于或等于2248.54cm —1处具有峰值。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的光纤，其特征在于， 所述光纤的残余应力从径向内侧朝向外侧单调增加，并且，对所述区间的拉应力分布进行直线近似时的斜率为+0.0MPa/ μ m~+0.5MPa/ μ m。
【文档编号】G02B6/00GK104039724SQ201380005190
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月10日
【发明者】榎本正, 冈崎岩, 山崎卓, 早川正敏, 盐崎学, 上之山宪博, 古庄胜 申请人:住友电气工业株式会社