專利名稱：光纖裸線的拉絲方法、光纖束的制造方法和光纖束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖裸線的拉絲方法和采用該方法的光纖束的制造方法、以及用該光纖束制造方法獲得的光纖束，尤其涉及用于制造由OH基導(dǎo)致的吸收損耗少的光纖的光纖裸線拉絲方法和采用該方法的光纖束制造方法、以及用該光纖束制造方法獲得的光纖束。
本申請(qǐng)對(duì)在2003年11月18日提出申請(qǐng)的日本特愿2003-387746以及在2004年9月27日提出申請(qǐng)的日本特愿2004-279452號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在此引用了其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，可適用于粗波分復(fù)用(Coarse Wavelength DivisionMultiplexing，以下稱“CWDM”)傳送、且波長(zhǎng)1380nm附近的損耗(由OH基導(dǎo)致的吸收損耗)小的光纖正在引起人們的關(guān)注。
由OH基導(dǎo)致的吸收損耗小的光纖，除了可構(gòu)筑廉價(jià)的CWDM傳送系統(tǒng)之外，其制造成本還與普通的單模光纖幾乎相同。因此，由于該光纖的成本優(yōu)勢(shì)較大，因而各公司紛紛展開研究開發(fā)，而且已形成產(chǎn)品。
當(dāng)氫在光纖中擴(kuò)散時(shí)，會(huì)增加由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，因而有必要防止氫侵入到光纖中。為此，在光纖束制造過(guò)程中的光纖裸線的拉絲中，設(shè)置了防止氫侵入光纖裸線的裝置。
圖7是表示以往的光纖束制造方法中所用的光纖束制造裝置的概略示意圖。
圖7中，符號(hào)31表示拉絲爐。該拉絲爐31被安裝成在其內(nèi)部可使光纖母材32沿著軸向移動(dòng)，從而對(duì)光纖母材32的下端部進(jìn)行熔化拉絲。
在光纖束制造過(guò)程中，首先，將以石英系玻璃為主要成分的光纖母材32置入拉絲爐31內(nèi)，并在氬氣(Ar)、氦氣(He)等惰性氣體氣氛中，對(duì)其前端部分進(jìn)行高溫加熱，加熱到約2000℃，進(jìn)行熔化拉絲，形成外徑為125μm的光纖裸線33。
接下來(lái)，將光纖裸線33送入緩冷爐34等使光纖緩慢冷卻的機(jī)構(gòu)(以下稱“緩冷機(jī)構(gòu)”)中，改變光纖裸線33的冷卻速度，進(jìn)行緩慢冷卻。
使從緩冷爐34取出的光纖裸線33冷卻到適于下道工序的被覆層形成的溫度為止。在該冷卻過(guò)程中，由光纖裸線周圍的氣氛氣體來(lái)自然冷卻，或者使用冷卻筒35來(lái)供給氦氣或氮?dú)獾壤鋮s用氣體，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
為了保護(hù)光纖裸線33，用由一次被覆層與二次被覆層形成的被覆層覆蓋在冷卻過(guò)程中被冷卻的光纖裸線33，形成外徑為250μm的光纖束38，上述被覆層是利用樹脂涂敷裝置36及UV燈37用紫外線固化型樹脂等形成的。
此外，光纖束38由轉(zhuǎn)向輪39改變?yōu)槠渌较颍⒔?jīng)由牽引機(jī)40及調(diào)節(jié)輥41，卷繞到卷筒42上。
在光纖裸線33上設(shè)置被覆層的方法，不限于圖7所示的用一個(gè)樹脂涂敷裝置36涂敷一次被覆層形成用樹脂及二次被覆層形成用樹脂，然后用一個(gè)UV燈37使這些樹脂固化的方法，還可以采用下列方法即，分別用不同的二個(gè)樹脂涂敷裝置來(lái)涂敷一次被覆層形成用樹脂及二次被覆層形成用樹脂，然后用一個(gè)UV燈來(lái)使這些樹脂固化的方法；以及用第一樹脂涂敷裝置來(lái)涂敷一次被覆層形成用樹脂，然后用第一UV燈使該樹脂固化，接著，用第二樹脂涂敷裝置涂敷二次被覆層形成用樹脂，然后用第二UV燈使該樹脂固化的方法。
對(duì)以往的光纖束制造方法而言，為了降低雷利散射、且降低波長(zhǎng)1550nm的損耗(參照比如專利文獻(xiàn)1～3)，或者抑制因OH基而引起的吸收損耗的增加，需要在對(duì)應(yīng)于各目的的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)拉絲線速度、以及延長(zhǎng)緩慢冷卻時(shí)間，從而延緩冷卻速度地冷卻從拉絲爐31取出的光纖裸線33。
這樣，當(dāng)在光纖裸線33的拉絲中進(jìn)行緩慢冷卻時(shí)，光纖母材32中殘留的OH基便發(fā)生擴(kuò)散，而且，氫從該OH基熱分解出來(lái)，進(jìn)而，所分解出來(lái)的氫的擴(kuò)散增大。這樣，將產(chǎn)生以下這樣的問(wèn)題由OH基導(dǎo)致的吸收損耗將增加，或者光纖中的非橋氧空穴中心(Non BridgingOxygen Hole Center，以下稱“NBOHC”)與氫相結(jié)合而造成由OH基導(dǎo)致的吸收損耗增大。
在比如專利文獻(xiàn)4～6中，提出了用于解決前述問(wèn)題的方法。
在專利文獻(xiàn)4中，提出了一種光纖母材及采用該光纖母材的光纖的制造方法，其中，光纖母材具有基底管(substrate tube)、處于基底管內(nèi)部的包覆層以及處于包覆層內(nèi)部的芯層，在基底管與包覆層之間設(shè)有屏障(barrier)層。該屏障層是在基底管與包覆層之間，蒸鍍OH基擴(kuò)散系數(shù)低的物質(zhì)而形成的，從而防止了基底管內(nèi)殘留的OH基向包覆層浸透。
在專利文獻(xiàn)5中，提出了一種下列的光纖制造方法，在該方法中，利用氣相軸淀積法來(lái)淀積外徑為D的第一包覆層，使得其包繞外徑為d的芯部，形成滿足D/d≥4.0這一關(guān)系式的多孔質(zhì)芯桿，使該多孔質(zhì)芯桿脫水，使OH基的濃度小于等于0.8wtppb，使之透明化后形成芯桿，對(duì)該透明化了的芯桿進(jìn)行加熱，使之延伸，在延伸后的芯桿的周圍，用氣相軸淀積法來(lái)淀積第二包覆層，并使該第二包覆層脫水，使得OH基的濃度小于等于50wtppm，使之透明化后制作成光纖母材，對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲之后，在重氫氣氛中保持規(guī)定時(shí)間。
在專利文獻(xiàn)6中提出了一種下列光纖制造方法使原料氣體進(jìn)行反應(yīng)，生成玻璃微粒聚合體，對(duì)該玻璃微粒聚合體進(jìn)行燒結(jié)，形成透明玻璃，該方法包括第一加熱過(guò)程，在含有1mol％～20mol％的氯或氯化合物的實(shí)質(zhì)為氧氣的氣氛中，在玻璃微粒聚合體不顯著收縮的950～1250℃的溫度范圍內(nèi)，對(duì)玻璃微粒聚合體進(jìn)行預(yù)先脫水處理；以及接下來(lái)升溫至玻璃化溫度為止的第二加熱過(guò)程。
專利文獻(xiàn)4～6中所提出的光纖制造方法，存在著由OH基導(dǎo)致的吸收損耗因光纖的拉絲條件而增加的問(wèn)題。此外還存在著制造成本上揚(yáng)的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-338289號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2002-321936號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開2000-335933號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本特表2002-535238號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5日本特開2002-187733號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6日本專利第2549615號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是鑒于前述事實(shí)而做出的，其目的在于提供一種制造成本低廉、且波長(zhǎng)1380nm附近的損耗少的光纖裸線的拉絲方法和采用該方法的光纖束的制造方法、以及用該光纖束的制造方法獲得的光纖束。
本發(fā)明為解決前述課題，提供一種光纖裸線的拉絲方法，其包括使用加熱裝置熔化光纖母材，拉出光纖裸線的步驟；以及在前述加熱熔化步驟之后，自然冷卻或者用冷卻裝置強(qiáng)制冷卻前述光纖裸線的步驟；其中，當(dāng)用前述加熱裝置加熱熔化了的光纖母材的加熱熔化部分處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為T(min)、前述光纖母材的包覆層中的OH基的濃度為X(wtppm)時(shí)，則在前述加熱熔化步驟中，利用前述加熱裝置將光纖母材拉制成光纖裸線過(guò)程中的溫度歷史，滿足關(guān)系式T≤-0.01X+12。
在前述光纖裸線的拉絲方法中，當(dāng)前述加熱熔化步驟之前的前述光纖母材的包覆層中的OH基的濃度為X(wtppm)、拉絲中該OH基的氫的熱分解系數(shù)為Y(wt％)時(shí)，最好滿足關(guān)系式Y(jié)≤-8×10-5X+0.06。
本發(fā)明提供一種光纖束的制造方法，包括通過(guò)加熱裝置熔化光纖母材，拉出光纖裸線的步驟；在前述加熱熔化步驟之后，自然冷卻或者用冷卻裝置強(qiáng)制冷卻前述光纖裸線的步驟；在由前述冷卻步驟冷卻到前述規(guī)定溫度的光纖裸線的外周，涂敷被覆材料的步驟；以及使該被覆材料固化，形成光纖束的步驟。
前述冷卻步驟最好包括下列步驟從拉絲中的光纖裸線達(dá)到低于1800℃的溫度開始，至光纖裸線的外徑達(dá)到一定為止，使光纖裸線的冷卻速度大于等于6000℃/sec。
前述冷卻步驟最好包括下列步驟從拉絲中的前述光纖裸線的外徑達(dá)到一定開始，使該光纖裸線的冷卻速度高于基于空氣的冷卻速度。
本發(fā)明提供一種用前述的光纖束的制造方法制造的光纖束。
前述結(jié)構(gòu)的光纖束，其波長(zhǎng)1383nm的損耗最好小于等于0.31dB/km。
根據(jù)本發(fā)明的光纖束的制造方法，可以獲得一種不必進(jìn)行光纖母材的包覆層的脫水、且波長(zhǎng)1380nm附近的損耗小的光纖束。因此，可以減少制造工序，且可以降低制造時(shí)間及制造成本。
即使在進(jìn)行了脫水的場(chǎng)合下，也可以通過(guò)針對(duì)因脫水程度而殘留的包覆層中的OH基濃度、以及因制造偏差而殘留的OH基濃度的偏差進(jìn)行拉絲條件T(min)的調(diào)節(jié)，來(lái)減少?gòu)乃鶜埩舻腛H基因熱分解而產(chǎn)生的氫量，進(jìn)而可以減少所產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散，因而可以調(diào)整波長(zhǎng)1380nm附近的損耗。由此，可以提高成品率，其結(jié)果是可以降低制造成本。
圖1是表示距光纖母材中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布、以及距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布的曲線。
圖2是表示距光纖母材中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布、以及距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布的曲線。
圖3是表示光纖母材熔化部分的溫度變化的曲線。
圖4是表示光纖束的損耗波長(zhǎng)特性的曲線。
圖5是根據(jù)距光纖母材中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布、以及距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布與入射光強(qiáng)度的關(guān)系，表示對(duì)波長(zhǎng)1383nm的損耗產(chǎn)生影響的區(qū)域的曲線。
圖6是表示本發(fā)明所使用的光纖束制造裝置的概略示意圖。
圖7是表示以往的光纖束制造方法所使用的光纖束制造裝置的概略示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖來(lái)說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的光纖裸線的制造方法。
作為光纖束在波長(zhǎng)1380nm附近的損耗增加的原因，可列舉出光纖母材中殘留的OH基的擴(kuò)散、從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散、以及各溫度下NBOHC的再結(jié)合速度與氫和NBOHC的結(jié)合速度的差異。
為了查明光纖束在波長(zhǎng)1380nm附近的損耗增加的原因，首先調(diào)查了下列的兩種關(guān)系。
(1)距光纖母材中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布，與距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布的關(guān)系。
(2)距光纖母材中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布，與距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布的關(guān)系。
圖1是表示距光纖母材中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布、以及距對(duì)光纖母材進(jìn)行熔化拉絲而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的OH基濃度分布的曲線。
圖2是表示距光纖母材中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布、以及距拉制光纖母材而獲得的光纖裸線的中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布的曲線。
根據(jù)圖1，將光纖母材與光纖裸線進(jìn)行比較可知，距各自的中心的相對(duì)位置處的OH濃度分布沒(méi)有大的變化。即，OH基因光纖裸線的拉絲而擴(kuò)散，但其對(duì)傳送損耗的影響較小。
另一方面，根據(jù)圖2，將光纖母材與光纖裸線進(jìn)行比較可知，距各自的中心的相對(duì)位置處的從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布變化較大。即，從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫，因光纖裸線的拉絲而擴(kuò)散得較大。
由上可知，對(duì)于光纖束在波長(zhǎng)1380nm附近的損耗的增加而言，與光纖母材中殘留的OH基的擴(kuò)散相比，從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散所帶來(lái)的影響更大。其原因在于氫的擴(kuò)散系數(shù)(參照Y.Namihira，K.Mochizuki，and K，Kuwazuru，“Temperature dependence of the hydrogen-diffusion constant in optical fibers”，Opt.Lett.，Vol.9，No.9，pp.426-428，1984)，與OH基的擴(kuò)散系數(shù)(參照J(rèn).Kirchhor et al.，“Diffusion Processes inLightguide Materials”，phys.stat.sol.(a)101，3911987)相比，大3～4位。
拉絲中的光纖裸線的溫度越高，某個(gè)溫度T(K)處平衡狀態(tài)下的OH基的氫的熱分解率K(wt％)越大。此外，拉絲中的光纖裸線的溫度隨下列拉絲條件而變拉絲爐中的溫度分布、在拉絲爐內(nèi)流動(dòng)的惰性氣體的種類、緩冷爐及冷卻筒中光纖裸線的冷卻方式、以及光纖裸線的拉絲速度等。因此，由于OH基的氫的熱分解率K(wt％)隨拉絲條件而變，因而從光纖裸線的拉絲開始至結(jié)束為止，OH基的氫的熱分解率的累計(jì)(以下稱“氫的熱分解系數(shù)”)，也隨拉絲條件而變。
所謂氫的熱分解系數(shù)，表示從對(duì)光纖母材進(jìn)行加熱時(shí)開始，經(jīng)過(guò)光纖裸線的拉絲工序，到在光纖裸線的外周形成被覆層而制成光纖，并使該光纖束的溫度達(dá)到常溫時(shí)為止所累積的氫的熱分解率。
如上所述，氫的熱分解率具有溫度依賴性，隨溫度的增高而增大。然而，由于氫的熱分解率的溫度依賴性極大，因而可以近似為在光纖母材的熔化部分處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間(圖3中用斜線表示的區(qū)域)所分解的氫的分解率。
按下列方法來(lái)計(jì)算氫的熱分解系數(shù)。
首先，使用部分光纖母材，并利用傅里葉式紅外分光計(jì)(顯微FTIR裝置)，根據(jù)由OH基導(dǎo)致的伸縮振動(dòng)的吸收峰值，算出光纖母材中殘留的OH基的濃度分布。
接下來(lái)，根據(jù)規(guī)定的拉絲條件對(duì)光纖母材拉絲，制成光纖束，并用截?cái)?cut back)法來(lái)測(cè)量光纖束的損耗波長(zhǎng)特性。通過(guò)測(cè)量該損耗波長(zhǎng)特性，可獲得比如圖4所示的光纖束的損耗波長(zhǎng)特性(圖4所示的實(shí)線)。
根據(jù)圖4所示的光纖束的損耗波長(zhǎng)特性，算出因雷利散射而引起的光纖束的損耗波長(zhǎng)特性(圖4中的虛線)。因雷利散射而引起的光纖束的損耗與波長(zhǎng)1383nm的光纖束的損耗之差，相當(dāng)于由這樣的OH基引起的吸收損耗該OH基是由于從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫進(jìn)行擴(kuò)散并與NBOHC相結(jié)合而產(chǎn)生的。
將光纖母材中殘留的OH基的濃度分布乘以氫的熱分解系數(shù)，作為光纖母材中的氫的濃度分布(比如圖2所示的因熱分解而產(chǎn)生的氫的濃度分布)。接下來(lái)，利用前述氫的擴(kuò)散系數(shù)，并考慮拉絲中的光纖裸線的外徑變化及溫度變化，算出因光纖母材的拉絲而在光纖裸線內(nèi)擴(kuò)散后的氫的濃度分布(比如圖2所示的所產(chǎn)生的氫擴(kuò)散后的濃度分布)。
在計(jì)算光纖裸線內(nèi)擴(kuò)散后的氫的濃度分布中，作為擴(kuò)散方程式，使用Green函數(shù)(今井勤，“物理與格林函數(shù)”，巖波書店，1978年6月27日，pp51-53)。
一般而言，當(dāng)設(shè)位置向量為r、拉絲前的光纖母材包覆層中的OH基的濃度分布為u(r、o)、擴(kuò)散方程式的Green函數(shù)為G(r、r′、t)時(shí)，則時(shí)間t后的OH基的濃度分布u(r、t)可由下式(1)來(lái)表示。
u(ir,t)=1D∫G(ir,ir′,t)u(ir′0)dir′---(1)]]>這里，當(dāng)設(shè)擴(kuò)散系數(shù)為D時(shí)，則n次方的Green函數(shù)可由下式(2)來(lái)表示G(ir,ir′,t)=Dθ(t)(14πDt)n2exp(ir24Dt)---(2)]]>接下來(lái)，用由OH基導(dǎo)致的吸收損耗的換算公式(參照Pawel Mergo，Witold Spytek，“Method for calculations of loss dependence of single-modeoptical fiber on diffusion of water”，Proceedings-SPIE(the InternationalSociety for Optical Engineering)，2000，ISSU 4239，pp.37-43)，算出氫的熱分解系數(shù)，使得利用它算出的由OH基導(dǎo)致的吸收損耗、與根據(jù)因雷利散射而引起的光纖束的損耗求出的由OH基導(dǎo)致的吸收損耗相同(參照?qǐng)D5)。
圖5中，虛線表示從光纖母材中殘留的OH基因熱分解而發(fā)生的氫的濃度分布；實(shí)線表示下列濃度分布將在光纖裸線內(nèi)擴(kuò)散的氫與NBOHC相結(jié)合而成為OH基的OH基濃度分布，與在光纖裸線內(nèi)OH基原樣擴(kuò)散的OH基濃度分布相加而得到的濃度分布；點(diǎn)劃線表示光入射到光纖束內(nèi)時(shí)的光強(qiáng)度分布。由實(shí)線、點(diǎn)劃線、縱軸及橫軸所圍繞的區(qū)域(圖5中的斜線部A)，是對(duì)波長(zhǎng)1380nm附近的損耗有影響的區(qū)域。
為嚴(yán)密起見，這里必須考慮(A)氫的熱分解率依賴于溫度、(B)OH基濃度因OH基的氫的熱分解而減小，來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。
這里，由于(a)推測(cè)出氫的熱分解率的溫度依賴性大，且氫的熱分解幾乎均在1800℃以上發(fā)生；(b)氫的熱分解率極小等，因而不考慮前述(A)(B)，而假設(shè)從光纖裸線拉絲前的光纖母材中所含有的OH基產(chǎn)生了與熱分解系數(shù)相當(dāng)?shù)臍?。此外，考慮光纖裸線拉絲時(shí)的外徑變化及溫度變化來(lái)近似為已發(fā)生了氫擴(kuò)散這一情況。
接下來(lái)，對(duì)光纖母材加熱熔化部分的溫度處于某個(gè)溫度以上的時(shí)間T(min)進(jìn)行計(jì)算。
一般而言，玻璃的粘度η與拉絲張力F的關(guān)系，因拉絲中力的平衡而具有下列式(3)所示的關(guān)系式(參照U.C.Peak and R，B，Runk，“Physicalbehavior of the neck-down during furnace of drawing of silica fibers”，J.Appl.Phys.，vol.49，no.8，pp，4417-4422，1992)。
F=3ηS∂V∂Z---(3)]]>這里，V表示線速度，z表示拉絲方向位置，S表示光纖截面積。
粘度η與溫度T0的關(guān)系，也是一般的關(guān)系，具有下列關(guān)系式(4)(參照Andrade，EN da C.，Phil.Mag.，Vol.17，497，698，1934)。
log10{η(T)}＝-6.37+2.32×104/T0(4)如上所述，從光纖母材加熱熔化部分的玻璃變形形狀(頸縮形狀)及拉絲張力來(lái)算出粘度，并將粘度換算成溫度，由此可以從頸縮形狀來(lái)算出溫度。
同樣，可以用下式(5)，從頸縮外徑來(lái)算出拉絲經(jīng)過(guò)時(shí)間dt。
dt=∂Z∂V---(5)]]>因此，關(guān)于光纖母材的加熱熔化部分處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間T，可以從上式(3)及(4)來(lái)估算溫度大于等于1800℃的區(qū)間z1～z2，并利用上式(5)，由下式(6)算出該區(qū)間所需的時(shí)間。
T=∫Z1Z2dt---(6)]]>考慮到前述因素，以下給出降低氫的熱分解系數(shù)的光纖束制造方法。
圖6是表示本發(fā)明所用的光纖束制造裝置的概略示意圖。
圖6中，符號(hào)1表示拉絲爐。該拉絲爐1安裝成可使光纖母材2在其內(nèi)部沿著軸向移動(dòng)，并對(duì)光纖母材2的下端部進(jìn)行拉絲。
在光纖束的制造中，首先，將以石英系玻璃為主要成分的光纖母材2置入拉絲爐1內(nèi)，并在氬氣、氦氣等惰性氣體氣氛中，將其前端部分高溫加熱到約2000℃，進(jìn)行拉絲，形成外徑為125μm的光纖裸線3。此時(shí)，適當(dāng)選擇拉絲爐1內(nèi)所用的加熱器長(zhǎng)度及隔熱材料，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得拉絲條件的T(min)成為所需的時(shí)間。
接下來(lái)，將光纖裸線3送入緩冷爐4等緩冷機(jī)構(gòu)中，改變光纖裸線3的冷卻速度，使光纖裸線3緩慢冷卻。
對(duì)從緩冷爐4取出的光纖裸線3調(diào)整冷卻速度，直至冷卻到適于下道工序的被覆層形成的溫度為止。在該冷卻過(guò)程中，由光纖裸線周圍的氣氛來(lái)自然冷卻，或者使用冷卻筒5，提供氦氣或氮?dú)獾壤鋮s用氣體，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
為了保護(hù)光纖裸線3，用由一次被覆層和二次被覆層形成的被覆層覆蓋在冷卻過(guò)程中冷卻了的光纖裸線3，形成外徑為250μm的光纖束8。該被覆層是利用樹脂涂敷裝置6及UV燈7用紫外線固化型樹脂等形成的。
此外，光纖束8由轉(zhuǎn)向輪9改變到其它方向，并經(jīng)由牽引機(jī)10及調(diào)節(jié)輥11，卷繞到卷筒12上。
在本實(shí)施方式中，在光纖裸線3上設(shè)置被覆層的方法如圖6所示，是用一個(gè)樹脂涂敷裝置6來(lái)涂敷一次被覆層形成用樹脂及二次被覆層形成用樹脂，然后用一個(gè)UV燈7來(lái)使這些樹脂固化的方法，但本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還可以采用下列方法即，分別用不同的二個(gè)樹脂涂敷裝置來(lái)涂敷一次被覆層形成用樹脂及二次被覆層形成用樹脂，然后用一個(gè)UV燈使這些樹脂固化的方法；以及用第一樹脂涂敷裝置來(lái)涂敷一次被覆層形成用樹脂，然后用第一UV燈使這些樹脂固化，接著，用第二樹脂涂敷裝置來(lái)涂敷二次被覆層形成用樹脂，然后用第二UV燈來(lái)使這些樹脂固化的方法。
本發(fā)明的光纖束制造方法，是一種降低拉絲中的光纖裸線3的包覆層中OH基的氫的熱分解系數(shù)、減少擴(kuò)散的方法。因此，關(guān)于在拉絲爐1中拉制光纖母材2的下端部(以下也稱“熔化部分”)形成光纖裸線3時(shí)的溫度歷史，當(dāng)設(shè)光纖母材2的加熱熔化部分的溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為T(min)，光纖母材2的下端部包覆層中的OH基濃度為X(wtppm)時(shí)，最好滿足關(guān)系式T≤-0.01X+12。在進(jìn)行脫水、且包覆層中的殘留OH基濃度達(dá)到0.0(wtppm)的場(chǎng)合下，由于沒(méi)有將分解的OH基，因而將熱分解率視為0.0(wtppm)。因此，在X＝0.0(wtppm)的場(chǎng)合下，也可以不滿足前述關(guān)系式(X≤-0.01X+12)。
為了滿足前述關(guān)系式地制造光纖束8，要增大拉絲線速度(拉絲速度)，或者縮小在拉絲爐1內(nèi)熔化光纖母材2的區(qū)域。
為滿足前述關(guān)系式，當(dāng)設(shè)光纖母材2的下端部包覆層中的OH基濃度為X(wtppm)，該OH基的氫的熱分解系數(shù)為Y(wt％)時(shí)，熱分解系數(shù)最好滿足關(guān)系式Y(jié)≤-8×10-5X+0.06。
在拉絲爐1中，作為對(duì)光纖母材2的下端部加熱的要素，除了設(shè)于拉絲爐1內(nèi)的加熱器的輻射傳熱之外，還可列舉出在拉絲爐1內(nèi)流動(dòng)的惰性氣體的對(duì)流傳熱、以及在光纖母材2內(nèi)傳熱的傳導(dǎo)傳熱。在1800℃左右的高溫下，輻射傳熱的影響起著支配作用，但隨著溫度的下降，基于惰性氣體的對(duì)流傳熱的影響增大。因此，在本發(fā)明的光纖束制造方法中，最好使因加熱器的輻射傳熱而施加于光纖母材2的熱迅速地散失，從而使溫度下降。因此，最好使用對(duì)流熱傳導(dǎo)率較高的惰性氣體，尤其是，最好使用對(duì)流熱傳導(dǎo)率較高的氦氣(He)。
如上所述，從拉絲爐1取出的光纖裸線3，被依次送入緩冷爐4及冷卻筒5內(nèi)進(jìn)行冷卻。光纖裸線3的冷卻，目的是抑制從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散，從拉絲中的光纖裸線3的溫度達(dá)到低于1800℃的溫度開始至外徑達(dá)到一定(一般為外徑125μm)為止，最好使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度大于等于6000℃/sec，在實(shí)用上最好達(dá)到8000℃/sec～10000℃/sec。如果使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度小于6000℃/sec，則從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散將會(huì)增大，其結(jié)果是，所獲得的光纖束10中由OH基導(dǎo)致的吸收損耗將會(huì)增加。
為了使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度大于等于6000℃/sec，可以降低緩冷爐4的溫度，或者不使用緩冷爐4等緩冷機(jī)構(gòu)，或者在緩冷爐4內(nèi)，使用對(duì)流熱傳導(dǎo)率較高的氦氣作為冷卻用氣體。
當(dāng)拉絲中的光纖裸線3的外徑達(dá)到一定后(一般為外徑125μm)，最好使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度高于基于空氣的冷卻速度。具體而言，最好使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度為6000℃/sec～30000℃/sec左右。如果使拉絲中的光纖裸線的冷卻速度高于基于空氣的冷卻速度，則可抑制從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散，其結(jié)果是，所獲得的光纖束的由OH基導(dǎo)致的吸收損耗減小。
如果使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度低于基于空氣的冷卻速度，則從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散增大，其結(jié)果是，所獲得的光纖束10的由OH基導(dǎo)致的吸收損耗增加。
為了使拉絲中的光纖裸線3的冷卻速度高于基于空氣的冷卻速度，在冷卻筒5中，使用對(duì)流熱傳導(dǎo)率較高的氦氣作為冷卻氣體。
拉絲線速度越高，拉絲爐1內(nèi)光纖母材2的下端部經(jīng)受溫度歷史的時(shí)間便越短，但如果前述拉絲爐1內(nèi)的光纖母材2的溫度歷史得到滿足，則拉絲線速度不受限定。拉絲線速度可在600m/min～2500m/min這一范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
這樣，根據(jù)前述光纖束的制造方法，可以對(duì)被適當(dāng)?shù)乩鋮s了的光纖裸線涂敷穩(wěn)定的被覆材料。接下來(lái)，通過(guò)使被覆材料固化，可以獲得所希望的光纖束。通過(guò)實(shí)施該一系列的處理工序，其結(jié)果是，可以獲得波長(zhǎng)1380nm附近的損耗較小的光纖束。
用這種光纖束制造方法制造出的光纖束10是通過(guò)抑制從OH基因熱分解而產(chǎn)生的氫的擴(kuò)散而制造出的，因而其結(jié)果是，成為由OH基導(dǎo)致的吸收損耗較低的光纖束。
實(shí)施例以下，利用實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步具體說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于下列實(shí)施例。
(實(shí)施例1)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為100wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為1500m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氦氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前不進(jìn)行緩冷爐的緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為5分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(實(shí)施例2)
準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為300wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為1200m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氬氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前不進(jìn)行緩冷爐的緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為8分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(實(shí)施例3)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為500wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為2000m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氦氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前由緩冷爐進(jìn)行緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為5分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(實(shí)施例4)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度大致為0wtppm的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為600m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氬氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前由緩冷爐進(jìn)行緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為15分鐘。然后在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(比較例1)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為100wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為1500m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氦氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前由緩冷爐進(jìn)行緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為5分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(比較例2)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為100wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為600m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氬氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前由緩冷爐進(jìn)行緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為15分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(比較例3)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為300wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為800m/min，拉絲爐下部的氛圍氣體為氬氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前不進(jìn)行緩冷爐的緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為10分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(比較例4)準(zhǔn)備包覆層中OH基濃度為500wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為1200m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氦氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前不進(jìn)行緩冷爐的緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為8分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
(比較例5)準(zhǔn)備包覆層中的OH基濃度為700wtppm左右的光纖母材。對(duì)該光纖母材進(jìn)行拉絲，使得拉絲線速度為1000m/min，拉絲爐下部的氣氛氣體為氦氣，而且從拉絲爐向外取出的光纖裸線，在被送入冷卻筒內(nèi)之前由緩冷爐進(jìn)行緩冷，并使得光纖母材的熔化溫度處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為10分鐘。然后，在光纖裸線上，依次設(shè)置用聚氨酯丙烯酸酯系紫外線固化型樹脂形成的一次被覆層及二次被覆層，制成光纖束。
對(duì)所獲得的光纖束，測(cè)量波長(zhǎng)1383nm的損耗、由OH基導(dǎo)致的吸收損耗，并利用它們來(lái)算出氫的熱分解系數(shù)。其結(jié)果如表1所示。
從表1可知，在實(shí)施例1～實(shí)施例4中，當(dāng)設(shè)拉絲前的光纖母材包覆層中殘留的OH基濃度為X(wtppm)時(shí)，如果光纖母材的下端部處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間T(min)滿足關(guān)系式T≤-0.01X+12，則可以使波長(zhǎng)1383nm的損耗小于等于0.31dB/km。在X＝0.0(wtppm)的場(chǎng)合下，由于不因熱分解而產(chǎn)生氫，因而T也可以不滿足上式。拉絲中光纖裸線包覆層中的OH基的氫的熱分解系數(shù)Y(wt％)，也滿足關(guān)系式Y(jié)≤-8×10-5X+0.06，且可以使波長(zhǎng)1383nm的損耗小于等于0.31dB/km。
將實(shí)施例1與比較例1進(jìn)行比較，其不同點(diǎn)在于在實(shí)施例1中，未使從緩冷爐向外取出的光纖裸線進(jìn)行緩冷，而在比較例1中，則使從緩冷爐向外取出的光纖裸線進(jìn)行了緩冷。比較例1可以滿足與實(shí)施例1～實(shí)施例4同樣的關(guān)系式，可以使波長(zhǎng)1383nm的損耗小于等于0.31dB/km。然而，不使光纖裸線緩冷的實(shí)施例1可以獲得損耗更低的光纖束。因此，通過(guò)根據(jù)殘留的OH基濃度來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇所希望的緩冷條件，可以調(diào)整波長(zhǎng)1383nm的損耗。
比較例2～比較例5，不滿足與實(shí)施例1～實(shí)施例4同樣的關(guān)系式，且波長(zhǎng)1383nm的損耗超過(guò)0.31dB/km，從而不能實(shí)現(xiàn)低損耗。
(工業(yè)可利用性)本發(fā)明的光纖束制造方法，還可適用于用氣相軸附法(VAD法)、外附法(OVD法)、內(nèi)附法(CVD法、MCVD法及PCVD法)或者套管(rodin tube)法等任意一種方法制造的光纖母材。此外，本發(fā)明的光纖束的制造方法，還可適用于單模光纖、色散位移光纖、截止位移光纖(cutoff shiftfiber)、色散補(bǔ)償光纖等任意種類的光纖。
權(quán)利要求
1.一種光纖裸線的拉絲方法，包括使用加熱裝置熔化光纖母材，拉出光纖裸線的步驟；以及在前述加熱熔化步驟之后，自然冷卻、或者通過(guò)冷卻裝置強(qiáng)制冷卻前述光纖裸線的步驟；當(dāng)用前述加熱裝置加熱熔化了的光纖母材的加熱熔化部分處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為T(min)、前述光纖母材的包覆層中OH基的濃度為X(wtppm)時(shí)，在前述加熱熔化步驟中，利用前述加熱裝置將光纖母材拉制成光纖裸線過(guò)程中的溫度歷史，滿足關(guān)系式T≤-0.01X+12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖裸線的拉絲方法，其中，當(dāng)在前述加熱熔化步驟中，拉絲中的該OH基的氫的熱分解系數(shù)為Y(wt％)時(shí)，滿足關(guān)系式Y(jié)≤-8×10-5X+0.06。
3.一種光纖束的制造方法，包括使用加熱裝置熔化光纖母材，拉出光纖裸線的步驟；在前述加熱熔化步驟之后，自然冷卻、或者通過(guò)冷卻裝置強(qiáng)制冷卻前述光纖裸線的步驟；在由前述冷卻步驟冷卻到前述規(guī)定溫度的光纖裸線的外周，涂敷被覆材料的步驟；以及使該被覆材料固化，形成光纖束的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖束的制造方法，其中，前述冷卻步驟包括下列步驟從拉絲中的光纖裸線達(dá)到低于1800℃的溫度開始，至光纖裸線的外徑達(dá)到一定為止，使光纖裸線的冷卻速度大于等于6000℃/sec。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖束的制造方法，其中，前述冷卻步驟包括下列步驟從拉絲中的光纖裸線的外徑達(dá)到一定開始，使該光纖裸線的冷卻速度高于基于空氣的冷卻速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖束的制造方法，其中，使用對(duì)流熱傳導(dǎo)率高于空氣的介質(zhì)作為冷卻用介質(zhì)。
7.一種光纖束，是用權(quán)利要求3所述的光纖束的制造方法制造的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖束，其中，波長(zhǎng)1383nm的損耗小于等于0.31dB/km。
全文摘要
一種光纖裸線的拉絲方法，包括使用加熱裝置熔化光纖母材，拉出光纖裸線的步驟；以及在前述加熱熔化步驟之后，自然冷卻或者通過(guò)冷卻裝置強(qiáng)制冷卻前述光纖裸線的步驟；其中，當(dāng)用前述加熱裝置加熱熔化了的光纖母材的加熱熔化部分處于1800℃或其以上的溫度的時(shí)間為T(min)、前述光纖母材的包覆層中的OH基的濃度為X(wtppm)時(shí)，在前述加熱熔化步驟中，利用前述加熱裝置將光纖母材拉制成光纖裸線過(guò)程中的溫度歷史，滿足關(guān)系式T≤－0.01X+12。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1882513SQ200480033659
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者岡田健志, 原田光一, 平船俊一郎, 藤卷宗久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)