JP2009126755A - 光ファイバの線引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線引き張力を一定に保持して、光ファイバ特性(特に、波長分散特性)の均一化を図ることができる光ファイバの線引き方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ母材を加熱炉で加熱・溶融し線引きする際に、光ファイバの張力をモニタし、光ファイバの張力値に応じて、加熱炉へ投入する電力量をパルス波形となるようにし、パルス波形の量を制御することで張力値が一定となるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ母材を加熱炉において加熱・溶融し線引きする際に、加熱炉への電力量を制御して光ファイバの外径調整を行う光ファイバの線引き方法に係り、特に分散補償光ファイバを製造するのに好適な光ファイバの線引き方法に関する。

光ファイバ伝送路に信号光を伝搬させて光通信を行う光伝送システムでは、光ファイバ伝送路を伝搬する際の信号光の波形劣化を抑制する為に、信号光波長(例えば、１．５５μｍ)において光ファイバ伝送路の累積分散の絶対値が小さいことが必要である。

しかしながら、一般に光ファイバ伝送路として用いられている標準的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ；Single Mode Fiber）は、波長１．３１μｍ付近に分散が零となる零分散波長を有しており、波長１．５５μｍの信号光では、波長分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度である。従って、このＳＭＦのみを使用した波長１．５５μｍの光ファイバ伝送路では、信号波形に劣化が発生し、高ビットレートの光通信を行うことができない。

そこで、波長１．５５μｍにおいて波長分散が負である分散補償光ファイバ（ＤＣＦ；Dispersion Compensating optical Fiber）を用いて、このＳＭＦの波長分散を補償することで、１．５５μｍにおける平均波長分散の絶対値を低減することが行われている。

光ファイバを製造する場合、光ファイバ母材を加熱炉で加熱・溶融した後、線引きしながら樹脂被覆を行うようになっている。

光ファイバを製造する場合には、線引きする際の張力の値により光ファイバのプロファイル（屈折率分布形状）が変わり、光ファイバ特性(特に、先述した波長分散特性)が変化する。その為、線引き張力は、その後の検査工程での歩留りよくするために非常に重要な要素であり、一定に保つ必要がある。

しかしながら、従来の張力制御で線引きした場合の線引き張力変動はプラス・マイナス１０ｇ（＋１０ｇ〜−１０ｇ）ある為、波長分散特性変動がプラス・マイナス１０％あり、所望の波長分散特性が得られない。それを解決する為、張力変動をプラス・マイナス２ｇに抑制することで線引き張力変動による波長分散特性変動がプラス・マイナス２％に抑える張力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光ファイバの線引き方法は、光ファイバ母材を加熱炉で加熱・溶融し線引きする際に、光ファイバの張力をモニタし、光ファイバの張力値に応じて、加熱炉へ投入する電力量をパルス波形となるようにし、パルス波形の量を制御することで張力値が一定となるようにすることを特徴としている。

また、本発明の光ファイバの線引き方法は、光ファイバの外径制御は、張力値にはよらずに、線引速度と光ファイバ母材の投入速度に応じて、一定になるように制御することが望ましい。

本発明によれば、線引き張力を制御する際の電力量をパルス状にしてパルス制御を行うことで、線引き張力を目標値通りに制御することを可能にする。その結果、光ファイバ特性(特に、先述した波長分散特性)の均一化を図ることができ、延いては線引き後の検査歩留まりを低下させずに、光ファイバを製造できる光ファイバの線引き方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ製造装置１を示すものであり、この光ファイバ製造装置１は、母材供給装置２、加熱炉３、外径計測器４、樹脂塗布装置５１Ａ、５１Ｂ、紫外線照射炉５Ａ、５Ｂ、引取機６、巻取機７、張力計８、光ファイバ張力制御部９Ａ、外径制御部９Ｂを備えている。

母材供給装置２は、チャックで把持して吊下する光ファイバ母材（プリフォーム）１０の先端部からガラスファイバ１０Ａが引き取られるのに従い、徐々に下方の加熱炉３に向けて送り出す。本実施形態では、チャック２１と、送り出し機構２２と、この送り出し機構２２に連結された送出用モータ２３などで構成する。

加熱炉３は、光ファイバ母材１０の先端部を加熱するものであり、線引き炉を構成する。また、この加熱炉３は、光ファイバ張力制御部９Ａによって投入する電力を制御し、加熱炉３の炉内温度が制御される。

外径計測器４は、加熱炉３の直下に設置されており、加熱炉３で加熱・溶融されて先端から引き出されるガラスファイバ１０Ａの外径寸法を計測するとともに、計測データを外径制御部９Ｂへ出力する。

樹脂塗布装置５１Ａは、線引き後のガラスファイバ１０Ａ表面を保護するために樹脂を塗布する。本実施形態では、紫外線硬化型樹脂(以下、「ＵＶ樹脂」とよぶ)を硬化する第１の紫外線照射装置５Ａと、１次被覆後、更にＵＶ樹脂を光ファイバ１０Ｃに被覆する第２の樹脂塗布装置５Ｂと、この２次被覆した光ファイバ１０Ｃの被覆を硬化させる第２の紫外線照射装置５Ｂとを備える。第１、第２樹脂塗布装置５Ａ、５Ｂは、それぞれ、樹脂を塗布するダイスを備える。

引取機６は、２次被覆後の光ファイバ１０Ｃを強制的に引取るキャプスタン６１と、このキャプスタン６１を回転駆動するキャプスタン用モータ６２を備える。この引取機６は、外径制御部９Ｂによって外径計測器４から出力するデータ等に応じて、光ファイバ１０Ｃ外径が一定となるように、光ファイバ母材１０の送り速度（投入速度）と、光ファイバ１０Ｃの引取り速度（線引速度）が制御される。

巻取機７は、引取機６で引取られた光ファイバ１０Ｃを巻き取る。

張力計８は、光ファイバの張力を計測するものであり、加熱炉３または外径計測器４の直後、若しくは第２の紫外線照射装置５Ｂの後に、或いは引取機６のローラ６Ａの直前などに設置する。張力計８は、張力値を非接触／接触で正確に表示させることが可能となる。なお、この張力計８は、特に本実施形態のものに限定されるものではない。

光ファイバ張力制御部９Ａは、張力変動に応じて加熱炉３へ投入すべき電力量をパルス波形となるようにし、このパルス波形の量に相当する信号を加熱炉３に送り、加熱炉３の炉内温度を制御することで光ファイバの張力が一定となるように制御している。この場合、事前に測定した光ファイバの張力値とパルス波形の量との関係をもとに光ファイバの張力が一定となるように制御してもよい。パルス波形の量と加熱炉３の炉内温度との関係は、パルス波形の量が多い場合は、加熱炉３の炉内温度が高くなり、パルス波形の量が小さい場合は炉内温度が低くなる。パルス波形の量とは、パルス波形の断面積であり、パルスの高さを変化させるパターンであってもよく、また、同じ高さのパルスの発生頻度を多くする／少なくするパターンであってもよい。

上述した構成を備える光ファイバ製造装置を用いて光ファイバの製造する方法について図１を参照しながら説明する。
光ファイバ製造装置１は、光ファイバ母材１０を加熱炉３内に挿入し、加熱炉３のヒータへの投入電力を制御して光ファイバ母材１０先端を溶融させ紡糸する。その後、紡糸したガラスファイバ１０Ａを保護するとともに強度を保つために、樹脂塗布装置５１Ａでガラスファイバ１０Ａの表面に樹脂を塗布した後、第１の紫外線照射装置５ＡにてＵＶ樹脂を硬化させる。更に、下流に設けられた樹脂塗布装置５１Ｂで、樹脂を塗布し、第２の紫外線照射装置５１Ｂで樹脂を硬化させる。ガラスファイバ１０Ａに２層の樹脂被覆が形成された光ファイバ１０Ｃは、ローラ６Ａで曲げられて、キャプスタン６１、ローラ６Ｂを経由して、巻取機７に巻き取られていく。

加熱炉３と第１の樹脂塗布装置５１Ａの間には、外径計測器４が配置され、光ファイバ１０Ａの外径をモニターしている。この外径計測器４により、光ファイバ１０Ａの外径が変動すると、外径制御部９Ｂにより光ファイバ１０Ａの外径が一定となるように制御が行われる。この制御は、光ファイバの張力値によらず、光ファイバ１０Ａの線引速度と光ファイバ母材１０の投入速度に応じて、光ファイバ１０Ａの外径が一定となるように制御される。従って、光ファイバ１０Ａの外径制御は、光ファイバの張力制御とは関係なく、独立した制御を行っている。すなわち、外径計測器４から光ファイバ１０Ａの外径情報が外径制御部９Ｂ送られると、その外径情報をもとに、母材供給装置２のモータ２３やキャプスタン６１のモータ６２に信号が送られる。その結果、光ファイバ母材１０の投入速度や光ファイバ１０Ａの線引速度が制御され、光ファイバ１０Ａの外径が一定となるように制御が行われる。光ファイバ１０Ａの外径制御の一例としては、光ファイバ母材１０の投入速度を遅くしたり、光ファイバ１０Ａの線引速度を速くした場合は、光ファイバ１０Ａの外径が小さくなるように制御される。逆に、光ファイバ母材１０の投入速度を速くしたり、光ファイバ１０Ａの線引速度を遅くした場合は、光ファイバ１０Ａの外径が大きくなるように制御される。

第２の紫外線照射装置５１Ｂの下流に設けられたローラ６Ａと、線引速度を制御しているキャプスタン６１の間には張力計８が配置されている。この張力計８で光ファイバ１０Ｃの張力を計測すると、その張力情報は光ファイバ張力制御部９Ａに送られる。光ファイバ張力制御部９Ａでは、その張力情報をもとに、加熱炉３に信号を送り、加熱炉３の炉内温度を制御することで、光ファイバの線引き時の張力が一定となるように制御される。張力制御の一例としては、光ファイバの張力が低くなった時には、加熱炉３の炉内温度を低くして、張力が高くなるようにする。逆に、光ファイバの張力が高くなった場合は、加熱炉３の炉内温度を高くして、線引き時の光ファイバ張力を下げるようにする。

次に、本発明にかかる光ファイバの線引き方法において、加熱炉に供給する電力量をパルス波形にしてパルス制御する方法について図２を参照しながら説明する。
この図は、横軸に光ファイバの製造ラインの立上げから製品の製造までの工程を示し、そのときの光ファイバのガラス外径やガラス被覆張力、光ファイバの線速、加熱炉への投入電力量の関係について示している。この図の横軸の、種落としとは、光ファイバの製造時に最初に行われる工程であって、光ファイバ母材の下部の先端を加熱し、この先端部分を塊で落とすことで、光ファイバ母材先端を紡糸させる。種落とし後は、口出し、線速上昇を経て良品取り工程が始まり、光ファイバの製品製造がなされる。

図を見るとわかるように、口出し工程では、線速は一定の低速状態である一方、張力を調整する為、加熱炉への投入電力を変更し所望の張力となるように投入電力を調整する。線速上昇工程に入ると、加熱炉への投入電力は一定となっているものの、光ファイバの線速が上昇していくので、これに伴い、光ファイバのガラス被覆張力は高くなっていく。口出し工程と線速上昇工程での光ファイバのガラス外径は一定となっている。加熱炉への投入電力、光ファイバの線速、ガラス外径、ガラス被覆張力が安定してほぼ一定となると良品取りが始まり、光ファイバの製品製造が行われる。

最初の良品取り工程では、光ファイバのガラス被覆張力が安定しており、加熱炉への電力量もほぼ一定であるため、電力量制御はほとんど行われない。しかし、時間が経つに従い、光ファイバの線引速度に若干の張力変動が起こり始め、この張力変動に応じて加熱炉へ投入する電力量をパルス波形の量で制御して、光ファイバのガラス被覆張力を一定となるようにする。このように光ファイバのガラス被覆張力を一定となるように制御して、光ファイバを製造するので、ファイバ特性が一定の安定した光ファイバを製造することができる。

図３には、良品取り工程における電力量の制御方法であって、本実施形態と従来形態との比較した例が示されている。最初の良品取り工程では、本実施形態と従来形態の両方とも変化がなく、加熱炉への投入電力量が略一定であり、また、光ファイバのガラス被覆張力も略一定である。その後、光ファイバのガラス被覆張力に変動が起こり始め、本実施形態では、実線で示すように、投入電力量としてパルス波形量として制御すると、ガラス被覆張力は、ほぼ一定の張力を維持した状態で良品取りが行える。これに対し、点線で示すように、従来形態では、加熱炉への投入電力量を制御しているにもかかわらず、張力変動を抑えることができなかった。本実施形態では、光ファイバのガラス被覆張力の変動はプラス２ｇからマイナス２ｇ程度であったが、従来形態では、プラス１０ｇからマイナス１０ｇと大きかった。

本実施形態により光ファイバを製造した際の光ファイバの波長分散歩留りの検査結果を下記の表１に示す。但し、この表１のデータは、光ファイバの製造作業を５回行ったときの検査結果である。

この表１から、本実施形態のようにパルス制御を行う場合には、パルス制御を行なわない場合に比べ、波長分散歩留まりが大幅に向上することが分かる。即ち、線引きする際の張力の値の変動により、光ファイバ特性(特に、分散特性)が変化して設定値と異なる不良品が発生するのを確実に防止できる、ことが確認された。

図２や図３の本発明の実施形態では、加熱炉に投入する電力量をベース電力と制御電力に分けて、光ファイバのガラス被覆張力の変動に応じて、制御電力を制御している。すなわち、加熱炉への投入電力量のベース電力を、本実施形態の場合、５．０ｋＷに設定し、このベース電力にプラスαｋＷ或いは、マイナスβｋＷすることにより、加熱炉の炉内温度を制御し、光ファイバのガラス被覆張力を一定となるように制御している。本発明にかかる光ファイバの線引き方法では、上述のベース電力と制御電力に分けて制御することに限定されない。すなわち、光ファイバのガラス被覆張力に変動が生じた際に、加熱炉へ投入する電力量をパルス波形にし、このパルス波形の量を制御することで張力が一定に維持することが可能であれば、上述のベース電力と制御電力とを併せた一体型パルス制御であってもかまわない。

本発明の光ファイバの線引き方法は、線引き張力を一定に保持して、光ファイバ特性(特に、波長分散特性)の均一化を図ることができる効果を有し、分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）などの製造に有用である。

本発明の実施形態に係る光ファイバの線引き方法を用いた光ファイバ製造装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバの線引き方法であって、電力量と線速と張力を説明するための説明図である。 本発明の実施形態と従来例とを説明した説明図である。

符号の説明

１ 光ファイバ製造装置
２ 母材供給装置
３ 加熱炉
４ 外径計測器
５１Ａ、５１Ｂ 樹脂塗布装置
５Ａ、５Ｂ 紫外線照射装置
６ 引取機
７ 巻取機
８ 張力計
９Ａ 光ファイバ張力制御部
９Ｂ 外径制御部
１０ 光ファイバ母材（プリフォーム）
１０Ａ ガラスファイバ
１０Ｃ 光ファイバ

Claims (2)

1. 光ファイバ母材を加熱炉で加熱・溶融し線引きする際に、
   光ファイバの張力をモニタし、
   前記光ファイバの張力値に応じて、前記加熱炉へ投入する電力量をパルス波形となるようにし、前記パルス波形の量を制御することで前記張力値が一定となるようにすることを特徴とする光ファイバの線引き方法。
2. 光ファイバの外径制御は、張力値にはよらずに、線引速度と光ファイバ母材の投入速度に応じて、一定になるように制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの線引き方法。

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