專利名稱：光纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳輸光的光纖維及其制造方法。
背景技術(shù)：
在用光纖維的光傳輸中，因光纖維內(nèi)的瑞利散射產(chǎn)生的傳輸損失(瑞利散射損失)變?yōu)閱栴}。對(duì)此，提出了能降低瑞利用射損失的光纖維或其制造方法的方案。
例如，在文獻(xiàn)「坂口、電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)論文2000/1 Vol.J83-CNo.1，pp.30-36」中，記載了一種通過拔絲后的光纖維慢慢冷卻使光纖維的瑞利散射降低的方法。即，玻璃內(nèi)的瑞利散射強(qiáng)度不一定由材料決定，而取決于表示玻璃內(nèi)原子排列狀態(tài)混亂性的假想的溫度的假想溫度Tf(FictiveTemperature)。具體地說，玻璃內(nèi)的假想溫度Tf高(混亂性大)，瑞利散射強(qiáng)度增大。
與此相對(duì)應(yīng)，在加熱拔絲光纖維母材時(shí)，在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置加熱爐，拔絲后的光纖維通過加熱爐時(shí)能加熱到規(guī)定的溫度范圍。因此，用加熱爐加熱，能防止拔絲后的光纖維的急激冷卻，使光纖維慢慢冷卻。這時(shí)，由于原子再排列引起玻璃構(gòu)造緩和，使光纖維內(nèi)的假想溫度Tf下降，能抑制光纖維內(nèi)的瑞利散射強(qiáng)度。
并且，文獻(xiàn)「K.Tajima，NTT REVIEW Vol.10 No.6，pp.109-113(1998)」中，記載了用低溫拔絲同樣能抑制瑞利散射強(qiáng)度。
然而，在有用上述加熱爐的慢慢冷卻過程的制造方法等的已往提出的得到瑞利散射損失降低效果的制造方法中，不能說已充分實(shí)現(xiàn)光纖維傳輸損失的降低。尤其是，即使是用相同制造方法制作的光纖維，在取得降低傳輸損失效果時(shí)，也有傳輸損失幾乎沒有減少或相反增大的場合等，有確實(shí)沒有得到降低傳輸損失效果的問題。
本申請發(fā)明者對(duì)上述傳輸損失降低的不可靠性的原因等進(jìn)行反復(fù)精心研究，從其研究結(jié)果可以知道，即使在用能降低瑞利散射損失的相同制造方法時(shí)，通過適用該制造方法的光纖維或光纖維母材的構(gòu)成，使得到的傳輸損失降低效果大不相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上問題而研究的，其目的在于提供一種能確實(shí)降低因瑞利散射損失等引起的傳輸損失的光纖維和其制造方法。
為了達(dá)到這樣的目的，本發(fā)明的第1光纖維備有心線區(qū)域和在該心線區(qū)域外周設(shè)置的包層區(qū)域，其特征在于，在心線區(qū)域內(nèi)剖面的心線平均粘性ηo和使心線區(qū)域及包層區(qū)域組合的整體剖面的整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt是2.5以下，同時(shí)瑞利散射損失是規(guī)定基準(zhǔn)值的95％以下。
在上述光纖維中，通過使用用慢慢冷卻的制造方法等的有降低瑞利散射效果的制造方法、或選擇使瑞利散射損失降低的光纖維材料，瑞利散射損失比表示通常的光纖維的瑞利散射損失的基準(zhǔn)值降低5％以上，成為95％以下的值。按照該心線和整體的粘性比Rη為2.5以下(Rη≤2.5)構(gòu)成光纖維的心線區(qū)域和包層區(qū)域。
對(duì)于粘性比Rη，通過付與這樣的條件，能同時(shí)降低瑞利散射損失、和構(gòu)造不規(guī)則等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分。因而，通過制作這樣結(jié)構(gòu)的光纖維，實(shí)現(xiàn)能確實(shí)降低作為整體的傳輸損失的光纖維。
上述光纖維可以用各種各樣制造方法制作。作為具體制造方法的一種，本發(fā)明的第1光纖維的制造方法，其特征在于，制作備有心線區(qū)域和在該心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域，心線區(qū)域內(nèi)剖面的心線平均粘性ηo和將心線區(qū)域及包層區(qū)域組合的全體剖面的整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt為2.5以下的光纖維母材，加熱拔絲光纖維母材時(shí)，用在拔絲爐后級(jí)設(shè)置的加熱爐按照規(guī)定的溫度范圍內(nèi)的溫度加熱經(jīng)拔絲爐拔絲過的光纖維。
這樣，加熱拔絲該光纖維母材時(shí)，通過用在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置的加熱爐使光纖維慢慢冷卻，如上述那樣，使光纖維內(nèi)的假想溫度Tf降低，能降低瑞利散射損失。并且，通過使用滿足粘性比Rη的上述條件的光纖維母材，在拔絲時(shí)或慢慢冷卻時(shí)發(fā)生在光纖維的構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失也同時(shí)降低，能作為確實(shí)取得降低作為整體的傳輸損失的效果的制造方法。
在上述光纖維的制造方法中，關(guān)于在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置的加熱爐，在有用樹脂被覆被拔絲的光纖維的樹脂被覆部時(shí)，最好設(shè)置在拔絲爐和樹脂被覆部之間。
除了通過用加熱爐慢慢冷卻的制造方法以外，還有降低瑞利散射損失效果的其他制造方法，通過形成粘性比Rη≤2.5光纖維或光纖維母材，同樣能得到降低整體的傳輸損失的效果。
本發(fā)明的第2光纖維備有由SiO2或添加氯的SiO2構(gòu)成的心線區(qū)域、和在該心線區(qū)域外設(shè)置的包層區(qū)域，其特征在于，包層區(qū)域在以純SiO2的折射率為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)差而定義時(shí)，在其平均折射系數(shù)差Δnc滿足Δnc≥-0.26％的條件，那樣添加氟的同時(shí)，瑞利散射系數(shù)A是81dB/km·μm4以下，或波長1.00μm的傳輸損失α1.00是0.82 dB/km以下。
在具有純SiO2(純石英)的心線或以其為基準(zhǔn)的心線的光纖維(光纖維母材)，心線區(qū)域的粘性比添加F等的包層區(qū)域大。因此，由于光纖維母材拔絲時(shí)的張力，使發(fā)生在光纖維內(nèi)的應(yīng)力集中到心線。這時(shí)，所得到的光纖維的傳輸損失的張力依存性變大，變成傳輸損失增大的原因。
在上述光纖維中，將心線區(qū)域設(shè)為純SiO2，同時(shí)用滿足Δnc≥-0.26％的范圍的添加量在包層區(qū)域的全體或一部添加F(氟)而構(gòu)成包層區(qū)域。由于適用這種光纖維的構(gòu)成，對(duì)于瑞利散射系數(shù)A或傳輸損失α1.00和傳輸損失α1.55，實(shí)現(xiàn)比通常光纖維的基準(zhǔn)降低的上述數(shù)值范圍。
根據(jù)這種心線區(qū)域和包層區(qū)域的構(gòu)成，通過對(duì)包層區(qū)域給與F添加量的上限值，在包層區(qū)域應(yīng)力被分散，所以能抑制向有純SiO2心線的光纖維的心線的應(yīng)力集中，降低得到的光纖維的傳輸損失的張力依存性。因此，也能同時(shí)降低瑞利散射損失和構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分。，通過形成這種構(gòu)成的光纖維，實(shí)現(xiàn)能確實(shí)降低作為整體的傳輸損失的光纖維。
關(guān)于瑞利散射系數(shù)A和傳輸損失α1.00的基準(zhǔn)值，用通常的構(gòu)成和通常的制造方法得到的純SiO2心線(或以純SiO2為基準(zhǔn)添加Cl的SiO2心線)的光纖維分別是0.85dB/km·μm4和0.86dB/km的值。與此相反，若采用有本發(fā)明構(gòu)成的光纖維，則瑞利散射系數(shù)A和傳輸損失α1.00分別是降低約5％以上的上述數(shù)值范圍。
本發(fā)明的第2光纖維制造方法，其特征在于，制作備有由純SiO2或添加氯的SiO2組成的心線區(qū)域、和在心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域，包層區(qū)域在將純SiO2的折射率作為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)差而定義時(shí)，按其平均折射率差Δnc滿足Δnc≥-0.26％的條件添加氟的光纖維母材，同時(shí)在加熱拔絲光纖維母材時(shí)，用在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置的加熱爐按規(guī)定的溫度范圍，加熱拔絲過的光纖維，得到光纖維的瑞利散射系數(shù)A在0.81dB/km·μm4以下，或波長100μm的傳輸損失α1.00在0.82dB/km以下的光纖維。
這樣，在加熱拔絲該光纖維母材時(shí)，通過用在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置的加熱爐進(jìn)行光纖維的慢慢冷卻，能如上述那樣使光纖維內(nèi)的假想溫度Tf降低，減少瑞利散射損失。通過使用心線區(qū)域和包層區(qū)域有上述構(gòu)成的光纖維母材，能同時(shí)降低拔絲時(shí)或慢慢冷卻時(shí)發(fā)生在光纖維的構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分，能成為確實(shí)取得降低作為整體的傳輸損失效果的制造方法。
在上述光纖維的制造方法中，關(guān)于在拔絲爐的后級(jí)設(shè)置的加熱爐，在使用用樹脂包覆拔絲過的光纖維的樹脂包覆部時(shí)，也可設(shè)置在拔線爐和樹脂包覆部之間。
除用加熱爐慢慢冷卻的制造方法以外，在有降低散射損失效果的其他制造方法中，通過形成上述構(gòu)成的光纖維或光纖維母材，也能確實(shí)得到降低作為整體的傳輸損失的效果。
或者，本發(fā)明的光纖維制造方法，其特征在于，制作備有由純SiO2或添加氯的SiO2組成的心線區(qū)域、和在心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域，包層區(qū)域在以純SiO2的折射率為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)而定義時(shí)，按其平均折射系數(shù)差Δnc滿足Δnc≥-0.26％條件添加氟的光纖維母材的同時(shí)，在加熱拔絲光纖維母材時(shí)，以0.05～0.20N的范圍內(nèi)的張力進(jìn)行光纖維母材的拔絲，得到瑞利散射系數(shù)A在0.81dB/km·μm4以下，或者波長100μm的傳輸損失α1.00在0.82dB/km以下的光纖維。
在形成抑制向心線的應(yīng)力集中的光纖維母材(光纖維)的構(gòu)成的同時(shí)，使拔絲時(shí)的張力保持在0.05～0.20N的合適張力值范圍內(nèi)進(jìn)行張力控制，能確定得到傳輸損失降低的光纖維。


圖1是概略地表示光纖維的制造方法和光纖維的制造所用的拔絲裝置的一實(shí)施形態(tài)的構(gòu)造圖。
圖2是用于說明第1光纖維的粘性比Rη的圖。
圖3是表示第1光纖維的第1實(shí)施例的折射率曲線的圖。
圖4是表示第1光纖維的第2實(shí)施例的折射率曲線的圖。
圖5是表示光纖維比較例的折射率曲線的圖。
圖6是表示光纖維的張力和殘余應(yīng)力相關(guān)的曲線圖。
圖7是表示第2光纖維的第1實(shí)施形態(tài)的折射率曲線的圖。
圖8是表示第2光纖維的第2實(shí)施形態(tài)的折射率曲線的圖。
圖9是表示第2光纖維的第3實(shí)施形態(tài)的折射率曲線的圖。
實(shí)施方式以下，隨著附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的光纖維和其制造方法的最佳實(shí)施形態(tài)。在附圖的說明中，同一元件給與同一符號(hào)，省略重復(fù)的說明。附圖的尺寸比率未必與說明的一致。
首先，說明本發(fā)明的第1光纖維及光纖維的制造方法。
圖1所示的拔絲裝置1是用于拔絲石英玻璃系光纖維的拔絲裝置，具有拔絲爐11、慢慢冷卻用的加熱爐21和樹脂硬化部31。這些拔絲爐11、加熱爐21和樹脂硬化部31在拔絲光纖維母材2的方向(圖1的上下方向)，以拔絲爐11、加熱爐21、樹脂硬化部31的順序設(shè)置。
首先，將母材供給裝置(未圖示)保持的光纖維母材2供給拔絲爐11，由拔線爐11內(nèi)的加熱器12加熱并軟化光纖維母材2的下端，拔絲光纖維3。拔線爐11的爐心管13與來自惰性氣體供給部14的惰性氣體供給通路15連接，拔絲爐11的爐心管13內(nèi)構(gòu)成惰性氣體氣氛。
這里，關(guān)于從母材供給裝置供給的光纖維母材2，關(guān)于由心線區(qū)域和在心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域組成的光纖維母材2內(nèi)的各部的粘性，按滿足規(guī)定的條件制作并使用光纖維母材2。即，關(guān)于在心線區(qū)域內(nèi)剖面的心線平均粘性ηo和在組合心線區(qū)域和包層區(qū)域的全體剖面的整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt，按粘性比Rη是2.5以下(Rη≤2.5)制作光纖維母材2。
加熱拔絲過的光纖維3在爐心管13內(nèi)，由惰性氣體急激冷卻到1700℃左右。然后，光纖維3從爐心管13的下部被取出到拔絲爐11外，在拔線爐11和加熱爐21之間被空氣冷卻。作為惰性氣體可用例如N2氣體，該N2氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)λ(T＝300K)是26mw/(m·k)?？諝獾臒醾鲗?dǎo)系數(shù)λ(T＝300K)是26mw/(m·k)。
接著，將被空氣冷卻的光纖維3送到在拔絲爐11的后級(jí)即拔絲爐11和樹脂硬化部31之間設(shè)置的慢慢冷卻用的加熱爐21。按規(guī)定溫度范圍內(nèi)的溫度加熱光纖維3的規(guī)定空間，以規(guī)定的冷卻速度慢慢冷卻。該加熱爐21有在其中光纖維3通過的爐心管23。該爐心管23最好設(shè)定成在光纖維母材2的拔線方向(圖1中的上下方向)的全長L2(m)滿足L2≥V/8。這兒，V是拔絲速度(m/s)。
加熱爐21的爐心管23的位置被設(shè)定在進(jìn)入爐心管23之前的光纖維3的溫度(進(jìn)線溫度)是1400～1800℃范圍的位置，對(duì)拔線爐11最好設(shè)置成滿足L1≤0.2×V。這兒，L1是拔絲爐11的加熱器12的下端到爐心管23的上端的距離，V是拔線速度(m/s)。設(shè)定加熱爐21的加熱器22的溫度，以便使?fàn)t中心(光纖維3通過的部分)的溫度為11000～1600℃，較好是1200～1600℃范圍內(nèi)的溫度，特別好是1250～1500℃，最好是1300～1500℃范圍內(nèi)的溫度。
通過設(shè)定上述加熱爐21(爐心管23)的位置和長度，在慢慢冷卻用的加熱爐21中加熱被加熱拔絲過的光纖維3，使其溫度是1100～1700℃，較好的是1200～1700℃范圍內(nèi)的溫度。尤其是，光纖維3的溫度變成1100～1700的部分時(shí)，光纖維3的溫度差在50℃以上的區(qū)間，例如光纖維3的溫度變成1250～1500℃、最好變成1300～1500℃的部分(溫度差變成200℃的區(qū)間)以1000℃/秒以下的冷卻速度慢慢冷卻。
通過將爐中心的溫度設(shè)定在1100～1600℃、最好在1200～1600℃范圍內(nèi)的溫度，在被加熱拔絲過的光纖維3，溫度變成1100～1700℃、最好1200～1700℃的部分時(shí)，光纖維3的溫度差變成50℃以上的區(qū)間以1000℃/秒以下的冷卻速度慢慢冷卻。
加熱爐21的爐心管23與來自N2氣體供給部24的N2氣體供給通路25連接，加熱爐21的爐心管23內(nèi)構(gòu)成N2氣體氣氛。也可用空氣或Ar等的分子量比較大的氣體等，代替用N2氣體。但是，在用碳精電極加熱器時(shí)，必須用惰性氣體。
從加熱爐21出來的光纖維3用作為外徑測定裝置的外徑測定器41在線測定外徑，將該測定值反饋給旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)筒42的驅(qū)動(dòng)電機(jī)43，并進(jìn)行控制，使外徑變?yōu)楹愣ā碜酝鈴綔y定器41的輸出信號(hào)被送到作為控制裝置的控制單元44，通過運(yùn)算求出轉(zhuǎn)筒42(驅(qū)動(dòng)電機(jī)43)的旋轉(zhuǎn)速度，以便使光纖維3的外徑變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定的規(guī)定值。
從控制單元44將表示通過運(yùn)算求得的轉(zhuǎn)筒42(驅(qū)動(dòng)電機(jī)43)旋轉(zhuǎn)速度的輸出信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的驅(qū)動(dòng)器(未圖示)，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的驅(qū)動(dòng)器根據(jù)從控制單元來的輸出信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)43的旋轉(zhuǎn)速度。
然后，用涂覆模51在光纖維3上涂敷UV樹脂52。被涂敷的UV樹脂52由樹脂硬化部31的UV燈硬化，形成光纖維毛坯線4。光纖維毛坯線4經(jīng)過導(dǎo)輥61，被轉(zhuǎn)筒42卷取。將轉(zhuǎn)筒42支撐在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸45上，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸45的端部與驅(qū)動(dòng)電機(jī)43連接。
這兒，在本實(shí)施形態(tài)中，用涂覆模51和樹脂硬化部31構(gòu)成由樹脂包覆光纖維的樹脂包覆部。作為該樹脂包覆部不限于上述構(gòu)成，也可以形成涂敷熱硬化樹脂后由加熱爐硬化的構(gòu)成。
拔絲爐11的爐心管13如上述那樣連接來自惰性氣體供給部14的惰性氣體供給通路15，拔絲爐11的爐心管13內(nèi)構(gòu)成惰性氣體氣氛，但作為惰性氣體供給部14也可以設(shè)置N2氣體供給部，在爐心管13內(nèi)供給N2氣體1，從而構(gòu)成N2氣體氛。
拔絲速度是低速、例如100m/min時(shí)，光纖維3在He氣體氣氛中，在拔絲爐11(爐心管13)內(nèi)由于要冷卻到1000℃，這時(shí)，將爐心管13內(nèi)形成N2氣體氣氛，最好將拔絲爐11(爐心管13)的出口處的光纖維3的溫度設(shè)為1700℃。最好設(shè)置He氣體供給部和N2氣體供給部，以便與拔線速度相對(duì)應(yīng)地在爐心管13內(nèi)供給He氣體和N2氣體。實(shí)際上，通過一旦冷卻后再加熱，即使作為1100～1700℃，最好1200～1700℃，構(gòu)造緩和是可能的。但這時(shí)，為了再加熱，加熱器變長，產(chǎn)生損耗。
上述光纖維的制造方法，由于用加熱爐21慢慢冷卻引起光纖維內(nèi)的假想溫度T下降，所以是能降低光纖維的光傳輸損失主要原因的瑞利散射損失的制造方法。在本實(shí)施形態(tài)中，關(guān)于適用于該制造方法的光纖維母材(或由該光纖維材得到的光纖維)的構(gòu)成，如上述那樣設(shè)心線平均粘性ηo和整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt是2.5以下(Rη≤2.5)。
對(duì)于滿足這樣的粘性比條件的構(gòu)成的光纖維和光纖維母材，由于適用有圖1所示的慢慢冷卻過程的制造方法等的能降低瑞利散射損失的制造方法，所以能確實(shí)降低作為整體的瑞利損失等引起的傳輸損失。
即，對(duì)于在光纖維內(nèi)傳輸?shù)墓獾娜鹄⑸鋼p失，能充分降低(降低5％以上)到表示通常光纖維的瑞利散射損失的規(guī)定基準(zhǔn)值的95％以下，同時(shí)關(guān)于構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分，也能同時(shí)抑制其發(fā)生和增大，能得到作為整體的傳輸損失非常低的光纖維。
以下，具體說明心線平均粘性ηo、整體平均粘性ηt、粘性比Rη＝ηo/ηt和通過適用上述的粘性比的條件Rη≤2.5而引起的降低傳輸損失的效果。
首先，對(duì)心線平均粘性ηo整體平均粘性ηt和粘性比Rη的定義進(jìn)行說明。這兒，如圖2所示，研究由心線區(qū)域100和在其外周設(shè)置的包層區(qū)域101的2層構(gòu)成的光纖維(或光纖維母材)。設(shè)心線區(qū)域100的外周半徑為r0，設(shè)包層區(qū)域101的外周半徑r1，同時(shí)將表示剖面各位置的粘性的粘性系數(shù)用η表示。
這時(shí)，關(guān)于心線區(qū)域100內(nèi)的剖面，將粘性系數(shù)η平均的心線平均粘性ηo由下式求出。ηo=∫oηdS/∫odS]]>=∫oηdS/πr02]]>這兒，∫oηdS表示對(duì)剖面內(nèi)各位置的粘性系數(shù)η的在圖2所示的心線區(qū)域100的剖面范圍的積分。如式中所示，∫odS相當(dāng)于心線區(qū)域100的剖面面積π r02。
同樣，關(guān)于組合心線區(qū)域100和包層區(qū)域101的全體剖面，對(duì)粘性系數(shù)平均的整體平均粘ηt由下式求出。ηt=∫tηdS/∫tdS]]>=∫tηdS/πr12]]>這兒，∫tηdS表示對(duì)剖面內(nèi)各位置的粘性系η的在圖2所示的心線區(qū)域100包層區(qū)域101的全體剖面范圍的積分。如式中所示，∫tdS相當(dāng)于組合心線區(qū)域100和包層區(qū)域101的剖面面積πr12。
從以上那樣求出的心線平均粘性ηo和整體平均粘ηt，求出粘性比Rη作為Rη＝ηo/ηt。
在包層區(qū)域由有不同折射率的多個(gè)包層構(gòu)成時(shí)，將這些多個(gè)包層的全體作為包層區(qū)域，可以適用上述的公式(例如粘性系數(shù)η的積分式)。關(guān)于在光纖維內(nèi)各位置的粘性系數(shù)η，最好用軟化時(shí)的粘性系數(shù)，具體地說，能用1300℃～1900℃范圍內(nèi)的溫度，例如在1900℃的粘性系數(shù)。
下面，說明通過適用粘性比的條件Rη≤2.5而引起的傳輸損失的降低效果。
關(guān)于心線區(qū)域100及包層區(qū)域101的粘性，在有純SiO2(二氧化硅)心線構(gòu)成的光纖維等中，與包層區(qū)域101相比，心線區(qū)域100的粘性變大。這樣，粘性大、粘性比Rη的值大時(shí)，在拔絲時(shí)或拔絲后施加在光纖維的張力或應(yīng)力集中在心線區(qū)域100。
即，光纖維內(nèi)各位置的粘性系數(shù)η通過在SiO2玻璃(石英玻璃)中添加Ge、Cl或F等的使折射率變化的添加物而變化，使其粘性變小。具體地說，粘性系數(shù)η按下式log10η＝5.6+1.58[F]-0.57[Ge、Cl]而變化(參照文獻(xiàn)「K.Shiraki et al.，Electronics Letters，Vol.29No.14，pp.1263-1264(1993)」。
這兒，[F]表示用對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)的值表示的F(氟)的添加量，[Ge、Cl]同樣表示用對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)的值表示的Ge(鍺)或Cl(氯)的添加量。但，關(guān)于Cl，對(duì)于其粘性系數(shù)η的影響假定與Ge相等。
根據(jù)在SiO2玻璃中添加各自添加物時(shí)的折射率變化，以折射系數(shù)差表示各自的添加量的符號(hào)是[F]＜0，[Ge、Cl]＞0。即，根據(jù)上述式，通過添加Ge、Cl和F等，SiO2玻璃的粘性系數(shù)η變小。因而，在向純SiO2心線或心線的添加物的添加量少的光纖維，包層區(qū)域101的粘性因F的添加而變小，心線區(qū)域100的粘性ηo和粘性比Rη變?yōu)榇蟮闹怠?br> 這樣，粘性系數(shù)比Rη大時(shí)，如圖1所示，即使在通過拔絲后用加熱爐進(jìn)行慢慢冷卻的制造方法等的有瑞利散射損失降低效果的制造方法制作光纖維時(shí)，也不能得到充分的傳輸損失的降低效果。
這考慮到，主要因光纖維內(nèi)的假想溫度Tf的下降等降低瑞利散射損失，另外由于向上述心線區(qū)域100的應(yīng)力集中，構(gòu)造不規(guī)則損失等的其他傳輸損失成分增大，作為整體的傳輸損失不能充分降低或增大。關(guān)于瑞利散射損失的降低，因應(yīng)力集中等的原因，也有不能充分得到其效果的可能性。
與此相反，作為光纖維或光纖維母材的構(gòu)成，由于滿足粘性比的條件Rη≤2.5，確實(shí)能將得到的光纖維的瑞利散射損失從基準(zhǔn)值降低5％以上，成為基準(zhǔn)值的95％以下的值。同時(shí)，也能抑制構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分的發(fā)生和增大。根據(jù)以上理由，能確實(shí)降低作為整體的傳輸損失。
對(duì)于粘性比Rη小的場合，從向心線的應(yīng)力集中這一方面考慮，不必要有下限值，但心線內(nèi)的Ge等的添加量太大時(shí)，由于因添加物引起的傳輸損失增大，作為光纖維是不合適的，所以最好Rη≥0.07。
作為用于評(píng)價(jià)瑞利散射損失降低效果的指標(biāo)，可用瑞利散射系數(shù)A。光纖維的波長λ的傳輸損失αλ(dB/km)如上述那樣，根據(jù)瑞利散射損失和除此以外的構(gòu)造不規(guī)則損失等的傳輸損失成分，一般由下式αλ＝A/λ4+B+C(λ)表示。其中，第1項(xiàng)A/λ4(dB/km)表示瑞利散射損失，其系數(shù)A是瑞利散射系數(shù)(dB/km·μm4)。瑞利散射損失與瑞利散射系數(shù)A成比例，因而，如從基準(zhǔn)值將瑞利散射系數(shù)A降低5％，則瑞利散射損失也降低5％。
這里，用通過慢慢冷卻使瑞利散射損失降低等的制造方法以外的通常制造方法得到的光纖維中，將向以對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)的值表示的心線區(qū)域100的G的添加量設(shè)為[Ge]時(shí)，瑞利散射系數(shù)A(dB/km·μm4)的值變成下式。
A0＝0.85+0.29[Ge]因而，能將該通常的值A(chǔ)0。設(shè)為瑞利散射系數(shù)A的基準(zhǔn)值。這時(shí)，得到的光纖維的瑞利散射系數(shù)A可以從基準(zhǔn)值A(chǔ)0降低5％以上。
為了評(píng)價(jià)包含瑞利散射損失的整體傳輸損失，也可以將波長1.00μm的傳輸損失α1.00作為指標(biāo)。在波長1.00μm時(shí)，上述傳輸損失αλ的表示式中，B+C(λ)大略是0.01，因而，在用通常的制造方法得到的光纖維中，傳輸損失α1.00(dB/km)的值變?yōu)橄率溅?＝A0+0.01＝0.86+0.29[Ge]因而，能將該通常的值α0作為傳輸損失α1.00。這時(shí)，得到的先纖維傳輸損失α1.00。最好從基準(zhǔn)值α0降低5％以上。
這樣，通過將瑞利散射系數(shù)A或波長1.00μm的傳輸損失α1.00作為指標(biāo)而使用，能確實(shí)得到降低包含瑞利損失或構(gòu)造不規(guī)則損失等的整體的傳輸損失的效果。如根據(jù)上述基準(zhǔn)值的各表示式，在表示式中包含Ge的添加量[Ge]。因而，能評(píng)價(jià)與向心線添加Ge量對(duì)應(yīng)的傳輸損失。
關(guān)于瑞利散射系數(shù)A，根據(jù)上式可以從傳輸損失的波長依存性的數(shù)值(例如1/λ4曲線的斜率)求出。作為評(píng)解整體的傳輸損失的指標(biāo)，用在波長1.00μm的傳輸損失，這是因?yàn)樵?.00μm的傳輸損失的值比光傳輸用的1.55μm帶等大，用1～10km程度的比較短的光纖維標(biāo)本能以足夠精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
但是，在本發(fā)明的光纖維中，波長1.00μm的傳輸損失α1.00和波長1.55μm的傳輸損失有一定的關(guān)系并相對(duì)應(yīng)，通過評(píng)價(jià)傳輸損失α1.00的降低效果，對(duì)傳輸損失α1.55也同樣能確認(rèn)其降低。作為具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，波長1.00μm的傳輸損失如上述那樣用α1.00＝A+0.1表示，但相當(dāng)于該表示式的波長1.55μm的傳輸損失α1.55的表示式是α1.55＝A×0.17325+0.25。
在上述光纖維及其制造方法中，關(guān)于心線平均粘性ηo和整體平均粘性ηt的粘性比Rη，付與條件Rη≤2.5。該粘性比與拔絲時(shí)光纖維的心線區(qū)域所加的張力或拔絲后殘余應(yīng)力中的張力成分有密切的關(guān)系。因而，根據(jù)這些應(yīng)力或張力，也能評(píng)價(jià)粘性比Rη。
拔絲后的光纖維的殘余應(yīng)力由拔絲時(shí)張力引起的張力成分和除此以外的熱膨脹所產(chǎn)生的熱膨脹成分組成。這里，設(shè)光軸方向殘余應(yīng)力的張力成分為σz，則張力成分σz由下式σz=f×ηo/∫tηdS]]>定義。這里，f表示拔絲時(shí)的張力。
另外，根據(jù)關(guān)于粘性的上述各表示式求出粘性比Rη。Rη=ηo/(∫tηdS/∫tdS)]]>=ηo/(∫tηdS/πr12)]]>r1如圖2所示， 是包層區(qū)域101的外周的半徑。粘性比Rη根據(jù)該兩式，用張力成分σz，以下式表示。Rη=σz/(f/∫tdS)]]>＝σz/(f/πr12)這兒，作為典型的條件設(shè)張力f＝0.1N(10gw)，r1＝62.5μm(光纖維直徑為125μm)時(shí)，粘性比Rη＝2.5大致相當(dāng)于張力成分σz＝20Mpa。因而，為了滿足粘性經(jīng)的條件Rη≤2.5，最好設(shè)光軸方向的殘余應(yīng)力的張力成分σz為20Mpa以下(σz≤20Mpa)。從也加了熱膨脹成分的殘余應(yīng)力的整體來看時(shí)，由于熱膨脹成分大致是10Mpa程度，所以最好設(shè)殘余應(yīng)力在30Mpa以下。
關(guān)于光纖維內(nèi)的殘余應(yīng)力分布的測定，例如有用Photoelasticcomputertomography的方法等(參照文獻(xiàn)「T.Abe et al.，J.Opt.Soc.Am.A，Vol.3No.1，pp.133-138(1986)」。
關(guān)于本發(fā)明的第1光纖維及其制造方法引起的傳輸損失的降低效果，以具體的實(shí)施例和比較例表示。以下實(shí)施例和比較例的光纖維，都通過用圖1所示的加熱爐的慢慢冷卻的制造方法不進(jìn)行慢慢冷卻的通常制造方法制作，確認(rèn)其傳輸損失的降低效果。關(guān)于慢慢冷卻用的加熱爐的加熱條件，設(shè)定在1350℃通過時(shí)間3秒。
圖3表示光纖維第1實(shí)施例的折射率曲線的圖。本實(shí)施例的光纖維和圖2相同，由包含中心軸的心線區(qū)域100和其外周的包層101構(gòu)成。各區(qū)域的半徑r0、r1分別設(shè)為2r0＝10μm，2r1＝125μm。
設(shè)包層區(qū)域101為純SiO2，同時(shí)在心線區(qū)域100添加Ge，因相對(duì)純SiO2的折射系數(shù)差(％)使添加量變?yōu)閇Ge]0＝+0.35％。
圖4是表示光纖維第2實(shí)施例的折射率曲線的圖。本實(shí)施例的光纖維由包含中心軸的心線區(qū)域200、和其外周的2個(gè)包層202、203構(gòu)成，組合包層202和203，形成整體的金屬包層區(qū)域201。各區(qū)域的半徑r0、r2、r3(＝r1)分別設(shè)為2r0＝10μm，2r2＝55μm，2r3(＝2r1)＝125μm。
在心線區(qū)域200添加Cl，因相對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)使添加量變?yōu)閇Cl]0＝+0.08％。另外，在2個(gè)包層202、203添加F，因相對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)使添加量分別變?yōu)閇F]2＝-0.28％，[F]3＝-0.20。
作為光纖維的第3實(shí)施例是和第2實(shí)施例相同構(gòu)成的光纖維，將慢慢冷卻用的加熱爐的加熱條件設(shè)在1000℃通過時(shí)間3秒，制作光纖維。
圖5是表示光纖維比較例的折射率曲線的圖。本比較例的光纖維由包含中心軸的心線區(qū)域300和其外周包層區(qū)域301構(gòu)成。各區(qū)域的半徑r0、r1分別設(shè)為2r0＝10μm，2r1＝125μm。
在心線區(qū)域300添加Cl，因相對(duì)于純SiO2的折射系數(shù)差(％)，使添加量變?yōu)閇Cl]0＝+0.08。另外，在包層區(qū)域301添加F，因折射系數(shù)差(％)，使添加量變?yōu)閇F]1＝-0.35。
對(duì)于以上的第1、第2、第3實(shí)施例及比較例，表1表示求出粘性比Rη、傳輸損失α1.55(dB/km)、α1.00(dB/km)和瑞利散射系數(shù)A(dB/km·μm4)的結(jié)果。
表1

(單位α1.00，α1.55＝(dB/km)；A＝(dB/km·μm4)在該結(jié)果中，關(guān)于各光纖維的粘性比Rη，在實(shí)施例中分別是0.63、1.90，滿足R≤2.5的條件。與此相反，在比較例中粘性比Rη的值為3.20，是超過2.5值的粘性比。
關(guān)于第1、第2實(shí)施例和比較例，觀看圖6所示的殘余應(yīng)力曲線就明白，在實(shí)施例中都是比較小的殘余應(yīng)力。與此相反，在粘性比Rη大于3.20的比較例中，隨著張力的增加，產(chǎn)生非常大的殘余應(yīng)力。
對(duì)于有這樣粘性比的光纖維，分別比較有/無拔絲后的加熱爐的慢慢冷卻時(shí)的傳輸損失α1.55、瑞利散射系數(shù)A、和傳輸損失α1.00時(shí)，在滿足粘性比Rη≤2.5的第1、第2和第3實(shí)施例，有慢慢冷卻時(shí)瑞利散射系數(shù)A和傳輸損失α1.55、α1.00比沒有慢慢冷卻時(shí)的，能得到充分的降低效果。
另外也明白，在粘性比Rη＞2.5的比較例中，在有慢慢冷卻時(shí)，關(guān)于瑞利散射，得到和實(shí)施例相同的降低效果，但作為整體的傳輸損失α1.55、α1.00，由于粘性比引起的構(gòu)造不規(guī)則損失增大等，不能充分得到傳輸損失的降低效果。
使用具有用慢慢冷卻的制造方法等的瑞利散射損失的降低效果的制造方法，同時(shí)由于對(duì)光纖維或光纖維母材的粘性比付與Rη≤2.5的條件，能確實(shí)使瑞利散射損失降低5％以上并變成通常基準(zhǔn)值的95％以下，同時(shí)能防止構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分的發(fā)生和增大，實(shí)現(xiàn)確實(shí)能降低作為整體的傳輸損失的光纖維和其制造方法。
下面，說明本發(fā)明第2光纖維和光纖維的制造方法。
這里，在以下，表示各部的折射率值的折射系數(shù)差，是將純SiO2的折射率作為基準(zhǔn)(折射系數(shù)差＝0)并用％表示純SiO2的折射系數(shù)差而定義。關(guān)于各區(qū)域各層的平均折射系數(shù)差，在其區(qū)域內(nèi)(層內(nèi))分別用面積加權(quán)折射系數(shù)差，并用平均值定義。
首先，說明光纖維的制造方法。本發(fā)明的第2光纖維的制造方法是大致與上述第1制造方法相同。作為光纖維制造所用的拔絲裝置，使用圖1所示構(gòu)成的拔絲裝置。
但是，關(guān)于由母材供給裝置供給的光纖維母材2，關(guān)于由心線區(qū)域和在心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域構(gòu)成的光纖維母材2的構(gòu)成，按滿足規(guī)定條件制作光纖維母材2。即，設(shè)心線區(qū)域?yàn)榧僑iO2心線或以純SiO2為基準(zhǔn)添加能進(jìn)行處理的Cl(氯)的SiO2心線，同時(shí)，將包層區(qū)域作為添加F(氟)的構(gòu)成，使其平均折射系數(shù)差Δn滿足下述條件Δnc≥-0.26％，由此制作成光纖維母材2。
上述光纖維的制造方法因用加熱爐21的慢慢冷卻引起的光纖維內(nèi)的假想溫度Tf的下降，是能降低光纖維的光傳輸損失主要原因的瑞利散射損失的制造方法。在本實(shí)施形態(tài)中，關(guān)于適用該制造方法的光纖維母材(或由光纖維母材得到的光纖維)的構(gòu)成，如上述那樣，設(shè)心線區(qū)域?yàn)榧僑iO2或添加Cl的SiO2，同時(shí)，添加F構(gòu)成金屬區(qū)域，使其平均折射系數(shù)差滿足條件Δnc≥-0.26％。
對(duì)于滿足這樣條件構(gòu)成的光纖維或光纖維母材，由于適用有圖1所示的慢冷卻過程的制造方法等的能降低瑞利散射損失的制造方法，所以能確實(shí)降低作為整體的因瑞利散射損失等引起的傳輸損失。
即，這樣即使在適用有瑞利散射損失降低效果的制造方法時(shí)，作為整體的傳輸損失，也未必降低傳輸損失。這是因?yàn)?，一方面能降低瑞利散射損失，另外因?qū)π木€過于應(yīng)力集而使構(gòu)造不規(guī)則等的其他傳輸損失成分增大，不能得到降低作為整體的傳輸損失效果。應(yīng)抑制構(gòu)造不規(guī)則損失等的發(fā)生，相反不能充分取得降低瑞利散射損失的效果。
對(duì)于通常在加熱拔絲光纖維母材2時(shí)施加在光纖維的張力，在低張力時(shí)降低瑞利散射損失，但增加構(gòu)造不規(guī)則損失；相反在高張力時(shí)，由對(duì)SiO2結(jié)合的影響引起瑞利散射損失增大。
與此相反，通過適用上述構(gòu)成的光纖維母材和光纖維，對(duì)向包層區(qū)域的F添加量，給與使應(yīng)力恰好地分散在包層區(qū)域的上限值、能抑制對(duì)有純SiO2心線的光纖維的心線的應(yīng)力集中，降低所得到的光纖維傳輸損失的張力依存性。因此，能同時(shí)降低瑞利散射損失、和構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分。因而，由于形成這種構(gòu)成的光纖維，實(shí)現(xiàn)能確實(shí)降低作為整體的傳輸損失的光纖維。
具體地說，對(duì)于瑞利散射系數(shù)A，能設(shè)定從通常純SiO2心線(或以純SiO2心線為基準(zhǔn)的添加Cl的SiO2心線)的光纖維的基準(zhǔn)值0.85dB/km·μm4降低約5％以上的0.81dB/km·μm4以下的數(shù)值范圍。對(duì)于波長1.00μm的傳輸損失，也能設(shè)定從同樣的基準(zhǔn)值0.86dB/km降低約5％以上的0.82dB/km以下的數(shù)值范圍。
在上述光纖維的制造方法中，對(duì)于用拔絲爐11拔絲時(shí)的張力，由于抑制因過度張力變化引起的傳輸損失的增大等，最好進(jìn)行張力控制，使其在允許的合適張力范圍。作為該合適的張力范圍，最好張力是0.05～0.20N(5～20gw)的范圍內(nèi)。
下面說明光纖維的構(gòu)成。圖7是對(duì)于本發(fā)明的第2光纖維的第1實(shí)施形態(tài)表示其折射率的曲線圖。
該光纖維纖維是SiO2玻璃(石英玻璃)系光纖維，有包含光纖維的中心軸的心線區(qū)域600和在心線區(qū)域600的外周設(shè)置的包層區(qū)域700。
心線區(qū)域600將其外周的半徑設(shè)為r0而形成。該心線區(qū)域600，在純SiO2玻璃添加規(guī)定的作為提高折射率的添加物Cl(氟)。因此，心線區(qū)域600內(nèi)的平均折射系數(shù)是Δn0(但，Δn0＞0)。
另外，包層區(qū)域700，在本實(shí)施形態(tài)中有在心線區(qū)域600的外周設(shè)置的內(nèi)包層701和在內(nèi)包層701的外周設(shè)置的外包層702的2層包層結(jié)構(gòu)。
內(nèi)包層701將其外周的半徑設(shè)為r1而形成。在該內(nèi)包層701在純SiO2玻璃添加規(guī)定量的作為降低折射率的添加物F(氟)。因此，內(nèi)包層701內(nèi)的平均折射系數(shù)差是Δn1(但，Δn1＜0)。
外包層702將其外周半徑設(shè)為r2而形成。該外包層702，在純SiO2玻璃添加規(guī)定量的F(氟)。因此，外包層702內(nèi)的折射系數(shù)差是Δn2(但，Δn2＜0)。外包層702的F平均添加量小于內(nèi)包層701的F平均添加量，因而，包層區(qū)域701和701的平均折射系數(shù)差有0＞Δn2＞Δn1的關(guān)系。
作為組合平均折射系數(shù)差Δn1的內(nèi)包層701和平均折射系數(shù)差Δn2的外包層702的整體包層700，其平均折射系數(shù)差Δnc是滿足上述條件Δnc≥-0.26％的值(但，0＞Δn2＞Δnc＞Δn1)。
本光纖維的心線區(qū)域600由添加Cl的SiO2心線構(gòu)成。在該心線區(qū)域600，因添加Cl使粘性稍微減少，由于其添加量等，使心線區(qū)域600有比包層區(qū)域700大的粘性。與此相反，將在包層區(qū)域700中添加F量設(shè)為是Δnc≥-0.26％的添加量上限值以下的添加量(與條件Δnc≥-0.26％對(duì)應(yīng))，使加在光纖維內(nèi)的應(yīng)力恰好地向包層700分散，抑制，各心線的應(yīng)力集中。
通過抑制向該心線的應(yīng)力集中，能降低對(duì)于光纖維拔絲時(shí)所加的張力的傳輸損失的張力依存性，實(shí)現(xiàn)充分降低作為整本的傳輸損失的光纖維。
在本實(shí)施例的光纖維中，有F添加量大(折射系數(shù)差小)的內(nèi)包層層701和F添加量小的(折射系數(shù)差大)的外包層層702的2層包層層，構(gòu)成包層區(qū)域700。
根據(jù)這種2層構(gòu)造的包層區(qū)域?qū)?，由于位于心線區(qū)域600外周的內(nèi)包層層701，能高效地關(guān)閉通向心線區(qū)域600和其附近的傳輸光。外包層層702具有調(diào)整光纖維傳輸特性的效果和降低向心線的應(yīng)力集中的效果等。由于對(duì)將這些包層層701和702組合的包層區(qū)域700整體的平均折射系數(shù)差適用上述條件，所以能確實(shí)抑制向心線區(qū)域600的應(yīng)力集中。
這里，關(guān)于金屬包層層701、702的平均折射系數(shù)差Δn1、Δn2，根據(jù)其大小關(guān)系，外金屬包層層702的平均折射系數(shù)差Δn2滿足條件Δn2≥-0.26％。
關(guān)于向心線區(qū)域600添加Cl，為了充分確保關(guān)閉通向心線區(qū)域600的光的效果等，最好設(shè)其平均折射系數(shù)差為0.01％≤Δn0≤0.12％的范圍。關(guān)于添加Cl，由于對(duì)傳輸損失等影響小，所以能進(jìn)行與純SiO2同樣的處理，具有使心線區(qū)域600粘性變小的效果。關(guān)于心線區(qū)域600內(nèi)的折射率分布，在心線區(qū)域600內(nèi)可以是大致一定的折射率分布，或者可以是緩變型的。
圖8是表示本發(fā)明第2光纖維的第2實(shí)施形態(tài)的折射率曲線的圖。
該光纖維和第1實(shí)施形態(tài)相同，是SiO2玻璃(石英玻璃)系的光纖維，有包含光纖維中心軸的心線區(qū)域600和在心線區(qū)域600的外周設(shè)置的包層區(qū)域700。
這些的心線區(qū)域600和包層區(qū)域700的構(gòu)成是與圖7所示的光纖維幾乎相同，但包層區(qū)域700的外包層702的構(gòu)成不同。即，在本實(shí)施形態(tài)中，在外包層層702不添加F(氟)，是由純SiO2玻璃組成的外包層層702。因而，包層區(qū)域701和702的平均折射系數(shù)差有0＝Δn2＞Δn1的關(guān)系。
作為組合平均折射系數(shù)差Δn1的內(nèi)包層層701和平均折射系差Δn2＝0的外包層層702的包層區(qū)域700的整體，其平均折射系數(shù)差Δnc變?yōu)闈M足上述條件Δnc≥-0.26％的值(但，0＝Δn2＞Δnc＞Δn1)。
在本實(shí)施形態(tài)的光纖維中也和第1實(shí)施形態(tài)相同，使在光纖維內(nèi)施加的應(yīng)力合適地向金屬包層區(qū)域700分散，從而抑制向心線的應(yīng)力集中。因此，降低對(duì)施加在光纖維拔絲時(shí)的張力的傳輸損失的張力依賴性，實(shí)現(xiàn)充分降低作為整體的傳輸損失的光纖維。
這里，如本實(shí)施形態(tài)那樣在將外包層層702作為純SiO2時(shí)，由于防止光纖維彎曲時(shí)的光泄漏等的理由，外包層層702的內(nèi)周半徑(＝內(nèi)包層層701的外周半徑)r1和外包層702的外周半徑r2最好滿足條件r2-r1≤r2×0.3。該條件相當(dāng)于將外包層層702的厚度設(shè)成光纖維整體的30％以下。由此，能得到對(duì)心線的應(yīng)力集中的充分抑制效果，同時(shí)將對(duì)該外包層的傳輸特性的影響設(shè)在合適的范圍內(nèi)。
圖9是表示本發(fā)明的第2光纖維的第3實(shí)施形態(tài)的折射曲線的圖。
該光纖維和第1、第2實(shí)施形態(tài)相同，是SiO2玻璃(石英玻璃)系的光纖維，有包含光纖維中心軸的心線區(qū)域600和在心線區(qū)域600的外周設(shè)置的包層區(qū)域700。其中，對(duì)于心線區(qū)域600的構(gòu)成，與圖7和圖8所示的光纖維中的心線區(qū)域600是幾乎相同。
包層區(qū)域700，在本實(shí)施形態(tài)中有單一的包層層701。包層層701是將其外周的半徑設(shè)為r1而形成的。該包層701在純SiO2玻璃添加規(guī)定量的作為降低折射率的添加物F(氟)。由比包層層701內(nèi)的平均折射系數(shù)差是Δn1(但，Δn＞0)。
該包層層701的平均折射系數(shù)差Δn1相當(dāng)于包層區(qū)域700整體的平均折射系數(shù)差，該平均折射系數(shù)差Δnc＝Δn1是滿足上述條件Δnc≥-0.26％的值。
這樣，不限于有第1、第2實(shí)施形態(tài)所示的2層構(gòu)造的包層區(qū)域的構(gòu)成，在有本實(shí)施形態(tài)那樣的1層構(gòu)造的包層區(qū)域的構(gòu)造等，同樣也使加在光纖維內(nèi)的應(yīng)力恰好地向包層區(qū)域700分散，抑制對(duì)心線的應(yīng)力集中。由此，降低對(duì)光纖維拔絲時(shí)施加的張力的傳輸損失的張力依賴性，能實(shí)現(xiàn)充分降低作為整體的傳輸損失的光纖維。
關(guān)于由本發(fā)明第2光纖維及其制造方法引起的傳輸損失的降低效果，由具體的實(shí)施例和比較例表示。在以下實(shí)施例和比較例的光纖維，除第2比較例外都由用圖1所示的加熱爐的慢冷的制造方法制作。這里，關(guān)于慢冷用的加熱爐的加熱條件，將加熱爐中心溫度設(shè)定為1350℃，線速度為50m/分，1.5m通過時(shí)間為1.8秒。拔絲時(shí)的張力都為0.10N(10gw)。
成為第1實(shí)施例的光纖維，根據(jù)圖7所示的折射率曲線制作。各半徑r0、r1、r2分別設(shè)為2r0＝10μm，2r1＝55μm，2r2＝125μm。
對(duì)于各區(qū)域的折射率，在心線區(qū)域600添加Cl，使平均折射系數(shù)差為Δn0＝+0.08％。另外在包層區(qū)域700內(nèi)的包層層701添加F，使平均折射系數(shù)差為Δn1＝-0.28％。在外包層層702添加F，使平均折射系數(shù)為Δn2＝-0.20％。這時(shí)，作為包層區(qū)域700整體的平均折射系數(shù)差是Δnc＝-0.215％。
成為第2實(shí)施例的光纖維，根據(jù)圖8所示的折射率曲線制作。各半徑r0、r1、r2分別設(shè)為2r0＝10μm，2r1＝100μm，2r2＝125μm。這時(shí)，外包層層702的厚度是r2-r1＝r2×0.2＜r2×0.3關(guān)于各區(qū)域的折射率，在心線區(qū)域600添加Cl，使平均折射系數(shù)差為Δn0＝+0.08％。在包層區(qū)域700的內(nèi)包層701添加F，使平均折射系數(shù)差為Δn1＝-0.28％。在外包層層702不添加F，形成純SiO2，其平均折射系數(shù)差為Δn2＝0.00。這時(shí)，作為包層區(qū)域700整體的平均折射系數(shù)差為Δnc＝-0.178％。
成為第3實(shí)施例的光纖維，根據(jù)圖9氘示的折射率曲線制作。各半徑r0、r1分別設(shè)為2r0＝10μm，2r1＝125μm。
關(guān)于各區(qū)域的折射率，在心線區(qū)域600添加Cl，使平均折射差數(shù)差是Δn0＝+0.08％。在包層區(qū)域700的包層層701添加F，使平均折射系數(shù)差為Δnc＝Δn1＝-0.26％。
作為光纖維的第4實(shí)施例是和第1實(shí)施例相同構(gòu)成的光纖維，將用慢冷用加熱爐的加熱條件設(shè)定在以1100℃通過1.8秒時(shí)間，由此進(jìn)行制作。
對(duì)以上的第1～第4實(shí)施例，制作不滿足上述構(gòu)成的光纖維，作為第1、第2的比較例。
成為第1比較例的光纖維，根據(jù)圖9所示的折射率曲線，以和第3實(shí)施例大致相同的構(gòu)成進(jìn)行制作。但是，對(duì)于包層區(qū)域700的金屬包層層701，添加F使平均折射系數(shù)差為Δnc＝Δn1＝-0.35％(＜0.26％)。
成為第2比較例的光纖維，以和上述第1比較例相同的構(gòu)成進(jìn)行制作。但在該拔絲工序，不進(jìn)行用加熱爐的慢冷地拔線光纖維。
關(guān)于以上的第1～第4實(shí)施例和第1、第2比較例，圖2表示求出包層區(qū)域700的平均折射系數(shù)差Δnc瑞利散射系數(shù)A、構(gòu)造不規(guī)則損失B(參照上述傳輸損失αλ的公式)、波長1.00μm的傳輸損失α1.00和波長1.55μm的傳輸損失的結(jié)果。這里，傳輸損失α1.00和α1.55分別是α1.00＝A+B，α1.55＝0.17325×A+B+0.016。
表2

(單位α1.00，α1.55，B＝(dB/km)；A＝(dB/km·μm4)首先，關(guān)于光纖維的平均折射系數(shù)差Δnc，與第1～第4實(shí)施例滿足條件Δnc≥-0.26％的相反，在第1、第2比較例中由于添加超過上限值的F，所以Δnc＜0.26％。
接著，觀察瑞利散射系數(shù)A、構(gòu)造不規(guī)則損失B和傳輸損失α1.00,α1.55，在用通常構(gòu)造不進(jìn)行慢冷地制作的第2比較例，瑞利散射系數(shù)A的值是上述基準(zhǔn)的0.850 dB/km·μm4。構(gòu)造不規(guī)則損失B的值是0.08 dB/km，作為整體的傳輸損失α1.00大致是上述基準(zhǔn)值的0.858dB/km。傳輸損失α1.55是0.170dB/km。
在用通常構(gòu)造進(jìn)行慢冷制作的第1比較例，瑞利散射系數(shù)A的值降低到0.800dB/km·μm4，構(gòu)造不對(duì)稱損失B通過慢冷相反增大為0.015 dB/km，作為整體的傳輸損失α1.55不能充分降低，是0.169 dB/km。
與此相反，在第1～第4實(shí)施例，瑞利散射系數(shù)A和構(gòu)造不規(guī)則損失B都降低，能實(shí)施作為整體的傳輸損失α1.00、α1.55的充分降低。
即，在有2層構(gòu)造的包層區(qū)域的第1實(shí)施例，瑞利散射系數(shù)A降低到0.790dB/km·μm4，同時(shí)，對(duì)于構(gòu)造不規(guī)則損失也能防止其增大，是0.08 dB/km。作為整體的傳輸損失α1.00、α1.55能實(shí)現(xiàn)足夠的降低，分別為0.789dB/km，0.159dB/km。
對(duì)于在2層構(gòu)造的外包層層是純SiO2的第2實(shí)施例和1層構(gòu)造的第3實(shí)施例，也和第1實(shí)施例相同，能充分降低作為整體的傳輸損失。關(guān)于改變加熱條件的第4實(shí)施例，也和第1實(shí)施例相，充分降低作為整體的傳輸損失。
根據(jù)以上所述，對(duì)于在使用用慢冷的制造方法等的具有瑞利散射損失的降低效果的制造方法的同時(shí)光纖維或光纖維母材的心線區(qū)域和包層區(qū)域的構(gòu)成，通過設(shè)心線區(qū)域?yàn)榧僑iO2心線或添加以其為基準(zhǔn)的C的SiO2心線，設(shè)包層區(qū)域?yàn)樘砑覨的構(gòu)造并滿足條件Δnc≥-0.26％，所以在確實(shí)降低瑞利散射損失的同時(shí)，也能防止構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分的發(fā)生和增大，實(shí)現(xiàn)能確實(shí)降低作為整體的傳輸損失的光纖維及其制造方法。
在有2層構(gòu)造的第1實(shí)施例，外包層702的平均折射系數(shù)差是Δn2＝-0.20％。關(guān)于該平均折射系數(shù)差，也可能設(shè)為最大值。但是，在該實(shí)施例中，外包層層702的內(nèi)周半徑比2r2＝55μm小，所以Δn2＝-0.1％被認(rèn)為限度，在比其大時(shí)，如第2實(shí)施例那樣，最好使包層層的厚度比較小。
關(guān)于第1實(shí)施例，調(diào)研波長1.55μm的傳輸損失α1.55的張力依賴性，張力0.04N時(shí)傳輸損失α1.55為0.175dB/km；0.05N時(shí)為0.170dB/km；0.08N時(shí)為1.63dB/km；0.10N時(shí)為1.59dB/km；0.16N時(shí)為1.54dB/km；0.20N時(shí)為0.170dB/km；0.25N時(shí)為0.175dB/km。根據(jù)該結(jié)果，拔絲時(shí)張力的最佳張力值范圍應(yīng)考慮在0.05～0.20的范圍。
本發(fā)明的光纖維及其制造方法不限于上述實(shí)施形態(tài)和實(shí)施例，可有各種各樣的變形或結(jié)構(gòu)的變更。例如，關(guān)于上纖維的制造方法，就不限于圖1所示構(gòu)成的拔絲裝置的制造方法，如備有慢冷用的加熱爐，也可以用由其他構(gòu)成組成的拔絲裝置。也可以用以慢冷以外的方法來降低瑞利損失的制造方法。
同樣，光纖維或光纖維母材也能有各種各樣的變形。首先，關(guān)于第1光纖維，在圖3和圖4所示的實(shí)施例以外，如滿足粘性比的條件Rη≤2.5，也可以用各種構(gòu)造的光纖維。例如，分散補(bǔ)償纖維和分散位移纖維，通常其粘性比Rη都小于2.5以下，因此，與上述實(shí)施例相同，能得到傳輸損失的降低效果。
關(guān)于第2光纖維，例如關(guān)于包層區(qū)域的構(gòu)成，在圖7～圖9所示的實(shí)施形態(tài)以外，如滿足上述構(gòu)成的條件，可用各種各樣構(gòu)造的光纖維。關(guān)于心線區(qū)域，在圖7～圖9形成添加Cl的構(gòu)成，但也可以形成由純SiO2組成的心線。
本發(fā)明的光纖維及其制造方法，如以上詳細(xì)說明那樣，得到以下效果。即在使用能降低瑞利散損失的光纖維的構(gòu)成或制造方法的同時(shí)，根據(jù)將心線平均粘性ηo和整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt設(shè)為2.5以下的光纖維及其制方法，能確實(shí)降低瑞利損失5％以下，是基準(zhǔn)值的95％以下，同時(shí)抑制構(gòu)造不規(guī)則損失等的其他傳輸損失成分的發(fā)生和增大。因而，得到作為整體的傳輸損失充分降低的光纖維。
在用能降低瑞利散射損失的光纖維構(gòu)成或制造方法的同時(shí)，根據(jù)設(shè)心線區(qū)域?yàn)榧僑iO2或添加Cl的SiO2并以滿足Δnc≥-0.26％的范圍的添加量添加F(氟)構(gòu)成包層區(qū)域的光纖維及其制造方法，能確實(shí)降低瑞利散射損失，同能防止構(gòu)造不規(guī)則損失等的瑞利散射損失以外的傳輸損失成分的發(fā)生和增大，實(shí)現(xiàn)能確定降低作為整體的傳輸損失的光纖維及其制造方法。
用以上構(gòu)成及制造方法得到的光纖維，其傳輸損失非常低，因而，適用于長距離光傳輸系統(tǒng)，同時(shí)能減少設(shè)置光大放器等的中斷器數(shù)量，可構(gòu)筑高效光傳輸系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖維，具有心線區(qū)域和在上述心線區(qū)域的外周設(shè)置的包層區(qū)域，其特征是，上述心線區(qū)域內(nèi)的剖面的心線平均粘性ηo和組合上述心線區(qū)域和上述包層區(qū)域的整體剖面的整體平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt為2.5以下，同時(shí)瑞利損失是規(guī)定基準(zhǔn)值的95％以下。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征是，在設(shè)光軸方向的殘余應(yīng)力的張力成分為σz、拔絲時(shí)張力為f、上述金屬包層區(qū)域的外周半徑為r1時(shí)，上述粘性比Rη由下述關(guān)系式求出，Rη＝σz/(f/πr12)。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征是，作為上述瑞利散射損失的指標(biāo)用瑞利散射系數(shù)A(dB/km·μm4)，在將向用％表示對(duì)純SiO2的折射系數(shù)差的上述心線區(qū)域的Ge的添加量設(shè)為[Ge]時(shí)設(shè)A0＝0.85+0.29[Ge]為基準(zhǔn)值，上述瑞利散射系數(shù)A是上述基準(zhǔn)值A(chǔ)0的95％以下。
4.如權(quán)利要求1的所述的光纖維，其特征是，在將向用％表示對(duì)純SiO2的折射系數(shù)差的上述心線區(qū)域的Ge的添加量設(shè)為[Ge]時(shí)設(shè)α0＝0.86+0.29[Ge]為基準(zhǔn)值，波長1.00μm的傳輸損失α1.00((dB/km)是上述基準(zhǔn)值α0的95％以下。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征是光軸方向殘余應(yīng)力的張力成分是20Mpa以下，或在上述張力成分組合熱膨脹成分的上述殘余應(yīng)力是30Mpa以下。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征是，具有由純SiO2或添加氯的SiO2組成的上述心線區(qū)域、和在上述心線區(qū)域的外周設(shè)置的上述包層區(qū)域，上述包層區(qū)域在將純SiO2的折射率為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)差而定義時(shí)，按其平均折射系數(shù)差Δnc滿足條件Δnc≥-0.26％添加氟，同時(shí)，瑞利散射系數(shù)A是0.81dB/km·μm4以下，或波長1.00μm的傳輸損失α1.00是0.82 dB/km以下。
7.如權(quán)利要求6所述的光纖維，其特征是，上述包層區(qū)域由在上述心線區(qū)域的外周設(shè)置的內(nèi)包層和在上述內(nèi)包層的外周設(shè)置的外包層的2層包層構(gòu)成。上述外包層的平均折射系數(shù)差Δn2比上述內(nèi)包層的平均折射系數(shù)差Δn1大，滿足條件Δn2≥-0.26％。
8.如權(quán)利要求7所述的光纖維，其特征是，上述外包層由純SiO2構(gòu)成，上述外包層的內(nèi)周半徑r1和上述外包層的外周半徑r2滿足條件r2-r1≤r2×0.3。
9.如權(quán)利要求6所述的光纖維，其特征是，上述心線區(qū)域添加氯。使其平均折射系數(shù)差Δno滿足條件0.01％≤Δno≤0.12％。
10.一種光纖維制造方法，其特征是，制作備有心線區(qū)域和在上述心線區(qū)域外周設(shè)置的包層區(qū)域并使上述心線區(qū)域內(nèi)剖面的心線平均粘性ηo和組合上述心線區(qū)域和上述包層區(qū)域的整體剖面的平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt為2.5以下的光纖維母材，在加熱拔絲上述光纖維母材時(shí)，用設(shè)置在上述拔絲爐后級(jí)的加熱爐，按規(guī)定溫度范圍內(nèi)的溫度加熱用拔絲爐拔絲過的光纖維。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖維的制造方法，其特征是，制作的上述光纖維母材備有由純SiO2或添加氯的SiO2構(gòu)成的上述心線區(qū)域和在上述心線區(qū)域的外周設(shè)置的上述包層區(qū)域，上述包層區(qū)域在將純SiO2的折射率為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)差而定義時(shí)，添加氟，使其平均折射系數(shù)差Δnc滿足條件Δnc≥-0.26％，同時(shí)在加熱拔絲上述光纖維母材時(shí)，用設(shè)置在上述拔絲爐后級(jí)的加熱爐，按規(guī)定溫度范圍內(nèi)的溫度加熱用拔絲爐拔絲過的光纖維，得到瑞利散射系數(shù)A為0.81dB/km·μm4以下，或波長1.00μm的傳輸損失α1.00是0.82 dB/km以下的光纖維。
12.如權(quán)利要求10或11所述的光纖維制造方法，其特征是，上述加熱爐按上述光纖維的溫度是1100～1700℃范圍內(nèi)的溫度加熱上述拔絲過的光纖維。
13.如權(quán)利要求10所述的光纖維制造方法，其特征是，制作的上述光纖維母材備有由純SiO2或添加氯的SiO2構(gòu)成的上述心線區(qū)域和在上述心線區(qū)域的外周設(shè)置的上述包層區(qū)域，上述包層區(qū)域在將純SiO2的折射率作為基準(zhǔn)用％表示各部的折射系數(shù)差而定義時(shí)，添加氟使其平均折射系數(shù)差Δnc滿足條件Δnc≥-0.26％，同時(shí)加熱拔絲上述光纖維母材時(shí)，以0.05～0.20N范圍內(nèi)的張力進(jìn)行上述光纖維母材的拔絲，得到瑞利散射系數(shù)A是0.81dB/km·μm4以下或波長1.00μm的傳輸損失α1.00是0.82 dB/km以下的光纖維。
全文摘要
制作心線平均粘性η
文檔編號(hào)C03B37/02GK1343893SQ0113710
公開日2002年4月10日 申請日期2001年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月28日
發(fā)明者永山勝也, 大賀裕一, 齊藤達(dá)彥, 石川真二, 土屋一郎, 內(nèi)山武典 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社