JP4663277B2 - Optical fiber and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ素線及びその製造方法に係る。より詳細には、伝送損失とともにレーリ散乱係数も低く、シングルモード光ファイバとして好適な光ファイバ素線及びその製造方法に関する。本発明に係る光ファイバ素線は、長距離伝送システムや光増幅システム、光ラマン増幅システムに用いられる。   The present invention relates to an optical fiber and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an optical fiber suitable as a single mode optical fiber and a method for manufacturing the same, which has a low Rayleigh scattering coefficient as well as transmission loss. The optical fiber according to the present invention is used in a long-distance transmission system, an optical amplification system, and an optical Raman amplification system.

一般に、光ファイバ素線は、以下のようにして製造されている。
図２５は、光ファイバ素線の製造方法で用いられる光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。 In general, an optical fiber is manufactured as follows.
FIG. 25 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical fiber manufacturing apparatus used in an optical fiber manufacturing method.

光ファイバ素線の製造においては、まず、石英系ガラスを主成分とする光ファイバ母材１１を紡糸炉１２内に収容し、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス雰囲気中で、その先端部分を約２０００℃に高温加熱し、溶融紡糸して、光ファイバ裸線１３とする。   In the production of an optical fiber, first, an optical fiber preform 11 mainly composed of silica-based glass is accommodated in a spinning furnace 12, and in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) or helium (He). The tip portion is heated to about 2000 ° C. at a high temperature and melt-spun to obtain a bare optical fiber 13.

次に、光ファイバ裸線１３を冷却筒１４内に送り込む。冷却筒１４内には、ヘリウムや窒素などの冷却用ガスが供給されており、冷却筒１４において光ファイバ裸線１３を次工程である一次被覆層の形成に好適な温度まで急冷する。   Next, the bare optical fiber 13 is fed into the cooling cylinder 14. A cooling gas such as helium or nitrogen is supplied into the cooling cylinder 14, and the optical fiber bare wire 13 is rapidly cooled in the cooling cylinder 14 to a temperature suitable for forming a primary coating layer as the next step.

次いで、冷却筒１４で冷却された光ファイバ裸線１３は、被覆層形成用の被覆材塗布装置１５およびＵＶランプ１６により、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層で被覆され、光ファイバ素線１７となる。   Next, the bare optical fiber 13 cooled by the cooling cylinder 14 is covered with a coating layer made of an ultraviolet curable resin or the like by the coating material coating device 15 for forming the coating layer and the UV lamp 16, and the optical fiber 17 It becomes.

さらに、紡糸中の光ファイバ素線１７は、ターンプーリ１８によって別方向に向きを変えられ、引取機１９、ダンサーロール２０を経て、巻取ドラム２１に巻き取られる。   Furthermore, the direction of the optical fiber 17 being spun is changed in another direction by a turn pulley 18, and is wound around a winding drum 21 through a take-up machine 19 and a dancer roll 20.

近年、このような製法により形成される光ファイバの生産においては、生産効率の向上やコストダウンを図ることが強く求められており、この要望に応えるため、前述した紡糸工程では従来より高速度で溶融紡糸する製法が各研究機関において鋭意検討されている。   In recent years, in the production of optical fibers formed by such a manufacturing method, it has been strongly demanded to improve production efficiency and reduce costs. In order to meet this demand, the spinning process described above has a higher speed than before. Research methods for melt spinning are being studied at each research institute.

しかしながら、紡糸線速が１００ｍ／ｍｉｎを越えるような高速度で紡糸を行う場合には、従来の低速紡糸（紡糸線速が１００ｍ／ｍｉｎ未満）とは異なり、様々な技術的な課題が生じる。例えば、このように光ファイバ裸線の移動速度が速くなると、紡糸工程における光ファイバ裸線は、紡糸炉の加熱空間内、または、徐冷炉等の熱処理空間内を、従来より極めて短い時間のうちに通過してしまうことから、熱処理工程に施す設備の長さを従来に比べて延長する必要があった。つまり、従来と同様に、光ファイバ裸線の温度をＡからＢ（Ａ＞Ｂ）まで減温しようとすると、紡糸線速を２倍にすると、熱処理工程を施す設備の長さを従来の２倍にする必要があった。   However, when spinning at a high speed such that the spinning linear speed exceeds 100 m / min, various technical problems arise, unlike conventional low-speed spinning (spinning linear speed less than 100 m / min). For example, when the moving speed of the bare optical fiber is increased in this way, the bare optical fiber in the spinning process is moved in the heating space of the spinning furnace or in the heat treatment space such as a slow cooling furnace in an extremely short time than before. Therefore, it is necessary to extend the length of the equipment to be subjected to the heat treatment process as compared with the conventional one. That is, when the temperature of the bare optical fiber is to be lowered from A to B (A> B) as in the conventional case, the length of the equipment for performing the heat treatment process is reduced by 2 times as long as the spinning line speed is doubled. There was a need to double.

逆に、熱処理工程に施す設備の長さを変更することなく紡糸線速を２倍にすると、光ファイバ裸線は従来の半分の時間で熱処理工程の域外に出てしまうことになる。そして、一旦、熱処理工程の域外に出た光ファイバ裸線は、その冷却速度が急に速くなることから、仮想温度が高くなってしまう傾向にある。   On the contrary, if the spinning line speed is doubled without changing the length of the equipment to be subjected to the heat treatment process, the bare optical fiber goes out of the heat treatment process in half of the conventional time. And the optical fiber bare wire which once went out of the region of the heat treatment process has a tendency to increase the fictive temperature because its cooling rate suddenly increases.

ここで対象とする光ファイバ裸線はガラス母材から形成されるものである。一方、ガラスは、熱力学的に非平衡な系であり、その構造は液体からの凍結過程で決まることが知られており、この凍結温度は仮想温度と呼ばれる。
つまり、仮想温度が高くなるということは、ガラス構造が凍結されたときの密度揺らぎや濃度揺らぎが大きいことを意味し、これにより、レーリ散乱が大きくなり、最終的に損失増加を引き起こすことが公知である（例えば、非特許文献１を参照）。 The bare optical fiber used here is formed from a glass base material. On the other hand, glass is a thermodynamically non-equilibrium system, and its structure is known to be determined by a freezing process from a liquid. This freezing temperature is called a fictive temperature.
In other words, the fact that the fictive temperature is high means that the density fluctuation and density fluctuation when the glass structure is frozen are large, thereby increasing the Rayleigh scattering and finally increasing the loss. (For example, see Non-Patent Document 1).

このレーリ散乱起因の損失増加を低減するために、光ファイバ裸線を徐冷する方法が各所において研究・開発がなされており、数々の手法が提案されている（例えば、特許文献１〜１６を参照）。   In order to reduce the increase in loss due to Rayleigh scattering, research and development have been conducted in various places to slowly cool the bare optical fiber, and various methods have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 16). reference).

しかしながら、これらの方法は、徐冷する温度域、徐冷時間、徐冷炉設置位置、徐冷炉設置温度、徐冷炉構造などについて、数々の提案がされているが、主に線引線速が遅い場合について考えられており、そのまま高速線引に当てはめると、とても長い徐冷長が必要になり、設備の高さや長い熱処理工程が必要になるなどコストが嵩み、現実的ではない。また、母材の組成や、屈折率分布などにより、適切な徐冷温度が異なっており、一概に同一条件で製造しても、すべてにおいて良好な損失が得られない問題がある。   However, many proposals have been made for these methods, such as the temperature range for annealing, annealing time, annealing furnace installation position, annealing furnace installation temperature, annealing furnace structure, etc. If applied to high-speed drawing as it is, a very long slow cooling length is required, and the height of the equipment and a long heat treatment process are required. In addition, the proper annealing temperature varies depending on the composition of the base material, the refractive index distribution, and the like, and there is a problem that good loss cannot be obtained in all cases even when manufactured under the same conditions.

また、徐冷された光ファイバの温度履歴は、徐冷炉入線温度や、出線温度を測定し、その温度データ、および徐冷炉温度から、実際の温度履歴を計算するか、または、平均的な徐冷速度を算出するしかなく、不確実性があった。   In addition, the temperature history of the annealed optical fiber is measured by measuring the incoming and outgoing temperatures of the slow cooling furnace, and calculating the actual temperature history from the temperature data and the slow cooling furnace temperature, or average slow cooling. There was no choice but to calculate the speed.

さらに、上述した光ファイバ素線の製造にあっては、光ファイバ裸線の冷却速度の増加に伴い、光ファイバ裸線がその外周から急冷される傾向が強まる。そのため、最終的に得られる光ファイバ素線に残留する光軸方向の応力（以下、残留応力と略す。）の径方向分布差が大きくなり、その結果として、光ファイバ素線内のガラス構造に起因する構造不整損失が増加するという問題がある。なお、線引き速度が遅い（１０００ｍ／ｍｉｎ未満）の場合には、光ファイバ裸線の冷却速度が遅いため、残留応力の径方向分布が大きくならず、構造不整損失の増加は見られなかった。   Furthermore, in the manufacture of the above-described optical fiber, the tendency of the bare optical fiber to be rapidly cooled from the outer periphery increases as the cooling rate of the bare optical fiber increases. For this reason, the difference in the radial distribution of the stress in the optical axis direction (hereinafter, abbreviated as residual stress) remaining in the finally obtained optical fiber strand increases, resulting in a glass structure in the optical fiber strand. There is a problem that the resulting structural irregularity loss increases. When the drawing speed was slow (less than 1000 m / min), the cooling rate of the bare optical fiber was slow, so the radial distribution of residual stress did not increase, and no increase in structural irregularity loss was observed.

したがって、光ファイバ裸線を高速で線引した場合でも、長い徐冷長を要することなく、適切な徐冷温度が施され、光ファイバ素線の残留応力の径方向分布差が小さく、レーリ散乱も低く抑えられる、光ファイバ素線及びその製造方法の開発が期待されていた。
特開平４−０５９６３１号公報 特開２０００−３３５９３３号公報 特開２０００−３３５９３４号公報 特開２０００−３３５９３５号公報 特開２００１−１１４５２５号公報 特開２００１−１１４５２６号公報 特開２００２−３２１９３６号公報 特開２００３−０４８７４３号公報 特開２００３−０５４９７８号公報 特開２００３−３３５５４５号公報 特開２００１−１９２２２８号公報 特開２００１−１９２２３０号公報 特許第２９４４５３４号公報 特開２００２−１６０９４６号公報 特開２００２−２３４７５１号公報 特開２００３−２６７７４５号公報 R. Olshansky : "Propagetion in Glass Optical Waveguides", Rev. Mod. Phys., 51(1979)341-367 Therefore, even when a bare optical fiber is drawn at a high speed, an appropriate annealing temperature is applied without requiring a long annealing length, the difference in radial distribution of residual stress in the optical fiber is small, and Rayleigh scattering is performed. Development of an optical fiber and a method for manufacturing the same are expected.
JP-A-4-059631 JP 2000-335933 A JP 2000-335934 A JP 2000-335935 A JP 2001-114525 A JP 2001-114526 A JP 2002-321936 A JP 2003-048743 A JP 2003-054978 A JP 2003-335545 A JP 2001-192228 A JP 2001-192230 A Japanese Patent No. 2944534 JP 2002-160946 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-234751 JP 2003-267745 A R. Olshansky: "Propagetion in Glass Optical Waveguides", Rev. Mod. Phys., 51 (1979) 341-367

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ素線の残留応力の径方向分布差が小さく、レーリ散乱も低く抑えられる光ファイバ素線と、このような光ファイバ素線を高速で線引した場合でも、長い徐冷長を要することなく、光ファイバ裸線に対して適切な徐冷温度を施すことが可能な製造方法とを、提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical fiber that has a small difference in radial distribution of residual stress in an optical fiber and that can suppress Rayleigh scattering, and such an optical fiber at high speed. An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of applying an appropriate annealing temperature to a bare optical fiber without requiring a long annealing length even when the wire is drawn.

本発明に係る光ファイバ素線は、コア部、及び、その周囲をなす少なくとも一層以上のクラッド層からなるクラッド部、から構成されてなる光ファイバ素線であって、前記クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層に接してその内側に配されるクラッド層をβ、最も外側に位置するクラッド層の内、前記βに接して配されるクラッド層をγ、前記γに接して配されると共に最外周端部を成しているクラッド層をδと定義したとき、前記γの領域内における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向の全域において引張応力であり、かつ、内周側から外周側に向けて減少しており、前記δの領域内におけるＳ（ｒ）は、内周側から外周側に向けて引張応力から圧縮応力に反転している、ことを特徴としている。 An optical fiber strand according to the present invention is an optical fiber strand composed of a core portion and a clad portion composed of at least one clad layer surrounding the core portion. Β is the cladding layer disposed in contact with the cladding layer located on the outer side, and γ is disposed on the outermost cladding layer, and γ is disposed on the outermost cladding layer. when the cladding layer is defined as δ which forms an Rutotomoni outermost end, radial distribution S of the optical axis direction of the residual stress in the region of the gamma (r) is tensile in all range of the radial Stress, and decreases from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and S (r) in the region of δ is reversed from the tensile stress to the compressive stress from the inner peripheral side to the outer peripheral side. It is characterized by that.

かかる構成の光ファイバ素線におけるクラッド部は、γの領域内における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）が、その半径方向の全域において引張応力をもつことから、この領域では圧縮応力が混在せず引張応力のみ存在するので、残留応力の変化を極めて小さく抑えることが可能となり、ひいては構造不整損失の低減が図れる。
これに加えて、残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、γの領域内において内周側から外周側に向けて減少しているので、内周側に比べて外周側の残留応力がより小さな形態となる。この形態は、主に引き出された光ファイバ裸線の温度分布が、熱処理過程により、光ファイバ裸線の外側より内側の方が低くなり、内側の方が早く凍結された結果、もたらされるものである。つまり、光ファイバ裸線の熱処理の程度を表している。 Cladding portion of the optical fiber having such a configuration, radial distribution S of the optical axis direction of the residual stress in the region of the gamma (r) is, because of its tensile stress in all range of its radial, in this region Since compressive stress is not mixed and only tensile stress exists, the change in residual stress can be suppressed to an extremely small level, and the structural irregularity loss can be reduced.
In addition to this, since the radial distribution S (r) of the residual stress decreases from the inner peripheral side toward the outer peripheral side in the region of γ, the residual stress on the outer peripheral side is higher than that on the inner peripheral side. It becomes a small form. This form is mainly caused by the temperature distribution of the drawn optical fiber bare wire being lower than the outside of the bare optical fiber by the heat treatment process, and the inside being frozen more quickly. is there. That is, it represents the degree of heat treatment of the bare optical fiber.

上記Ｓ（ｒ）は、最外周端部において引張応力から圧縮応力に反転している形態が好ましい。この最外周端部におけるＳ（ｒ）の引張応力から圧縮応力への反転は、光ファイバ素線の表面に傷が付いた際に、光ファイバ素線が破断し易くなるという問題を解消することから、光ファイバ素線の耐久性の向上に寄与する。   The above S (r) preferably has a form in which the tensile stress is reversed to the compressive stress at the outermost peripheral end. The reversal of the tensile stress of S (r) from the tensile stress to the compressive stress at the outermost peripheral end solves the problem that the optical fiber strand is easily broken when the surface of the optical fiber strand is damaged. Therefore, it contributes to improving the durability of the optical fiber.

かかる構成の光ファイバ素線は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下である。
光ファイバを線引する上で、１．５５μｍ損失の低減するために利用される。この方法によって製造された光ファイバは、低損失であることから、長距離伝送システムへの適用が有利であり、中継点を従来の光ファイバを用いた長距離システム（損失０．２５ｄＢ／ｋｍの光ファイバを使用した場合）と比較すると約４０％減少することができ、低コスト化へ利点がある。 The optical fiber having such a configuration has a transmission loss of 0.18 dB / km or less at a wavelength of 1550 nm.
In drawing an optical fiber, it is used to reduce 1.55 μm loss. Since the optical fiber manufactured by this method has a low loss, it is advantageous to be applied to a long-distance transmission system. A long-distance system using a conventional optical fiber as a relay point (with a loss of 0.25 dB / km). Compared to the case of using an optical fiber), it can be reduced by about 40%, which is advantageous for cost reduction.

かかる構成の光ファイバ素線は、０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 以下のレーリ散乱係数を有する。
低レーリ散乱係数であることから、波長による損失依存性（損失傾斜）が小さいために、ＷＤＭ伝送後のピークパワーのばらつきを小さくでき、それにより光増幅システム、光ラマン増幅システムに適用が有利であり、増幅器への入力パワーの平坦化や、増幅後の出力パワーの平坦化などを容易にできる利点がある。 An optical fiber having such a configuration has a Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm 4 or less.
Because of the low Rayleigh scattering coefficient, the loss dependency (loss slope) due to wavelength is small, so that the dispersion of peak power after WDM transmission can be reduced, which is advantageous for application to optical amplification systems and optical Raman amplification systems. There is an advantage that the input power to the amplifier can be flattened and the output power after amplification can be easily flattened.

本発明に係る光ファイバ素線の製造方法は、光ファイバ母材を加熱し、溶融する工程Ａと、前記工程Ａにより溶融された光ファイバ母材を引出し、光ファイバ裸線とする工程Ｂと、を少なくとも備えてなる光ファイバ素線の製造方法であって、前記工程Ｂは、光ファイバ母材を引出す際に熱処理を施すものであり、該熱処理は、仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間が１秒より短い温度で行うものであり、該熱処理の温度は、１４００℃以上１６００℃以下とし、前記工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０３ ×ｄＤ／ｄＸが、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２ −１．２×１０３×Ｄ）以下であることを特徴としている。ただし、母材の外径＝Ｄ［ｍ］、母材を引出す方向の距離＝Ｘ［ｍ］、外径減少率＝ｄＤ／ｄＸ、とする。

The method for manufacturing an optical fiber according to the present invention includes a step A in which an optical fiber preform is heated and melted, and a process B in which the optical fiber preform melted in the step A is drawn to form an optical fiber bare wire. , Wherein the step B is a heat treatment when the optical fiber preform is drawn, and the heat treatment keeps the fictive temperature at a substantially constant value. The time required for the heat treatment is performed at a temperature shorter than 1 second, the temperature of the heat treatment is 1400 ° C. or more and 1600 ° C. or less, and in the step B, the region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less, 10 3 × dD / dX is 0 or more (18.3 × 10 6 × D 2 -1.2 × 10 3 × D) or less. However, the outer diameter of the base material = D [m], the distance in the direction of drawing the base material = X [m], and the outer diameter reduction rate = dD / dX.

かかる構成によれば、前記工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０ ３ ×ｄＤ／ｄＸを、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２−１．２×１０３×Ｄ）以下の範囲とすることにより、光ファイバ裸線は最適な徐冷温度履歴となり、仮想温度を低下させることにより、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバ素線や、レーリ散乱係数が０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４以下である光ファイバ素線を安定して製造することが可能となる。 According to this configuration, in Step B , 10 3 × dD / dX is set to 0 or more (18.3 × 10 6 × D 2 −1.2) in the region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less. × 10 3 × D) or less, the optical fiber bare wire has an optimum annealing temperature history, and by reducing the fictive temperature, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.18 dB / km or less. It is possible to stably manufacture fiber strands and optical fiber strands having a Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm 4 or less.

前記工程Ｂは、光ファイバ母材を引出す際に熱処理を施すことが好ましい。
工程Ｂにおいて、光ファイバ母材の引出す際に熱処理を施すことにより、光ファイバ裸線が最適な徐冷温度履歴をとり、仮想温度を低下させることが可能となる。 In the step B, it is preferable to perform a heat treatment when drawing the optical fiber preform.
In the process B, by performing a heat treatment when the optical fiber preform is drawn, the bare optical fiber has an optimum slow cooling temperature history, and the virtual temperature can be lowered.

前記熱処理は、仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間が１秒より短い温度で行うことが望ましい。
仮想温度を略一定の数値に保つことにより、その略一定とした温度にて単位時間あたり定まった熱量を光ファイバ裸線に与えることが可能となる。また、この略一定の温度に達する迄に要する時間が１秒より短いので、光ファイバ裸線は工程Ｂの熱処理を施す空間に入ると直ちに安定した加熱雰囲気中を進行することになる。ここで、仮想温度を保つ場合の略一定の数値とは、保持する温度に対して±１％以内を意味する。
したがって、仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間が１秒より短い温度にて、光ファイバ裸線の熱処理を行うことにより、ネックダウン形状を所望の形状にするまでに要する熱処理工程の長さが不必要に延びるのを抑制できる。 The heat treatment is preferably performed at a temperature shorter than 1 second required to keep the fictive temperature at a substantially constant value.
By keeping the fictive temperature at a substantially constant value, it becomes possible to give the bare amount of heat to the bare optical fiber at a substantially constant temperature per unit time. In addition, since the time required to reach this substantially constant temperature is shorter than 1 second, the optical fiber bare wire immediately proceeds in a stable heating atmosphere when entering the space where the heat treatment in step B is performed. Here, the substantially constant numerical value in the case of maintaining the virtual temperature means within ± 1% with respect to the temperature to be maintained.
Therefore, the heat treatment process required to make the neck-down shape a desired shape by performing heat treatment of the bare optical fiber at a temperature shorter than 1 second required to keep the virtual temperature at a substantially constant value. It is possible to prevent the length from extending unnecessarily.

前記温度は、１４００℃以上１６００℃以下が好ましい。
前記温度が１４００℃以上あれば、引き出された光ファイバ裸線は、溶融変形しているため、ネックダウン形状が形成される。１３００℃以下にあると、実質外径（or外形）上の溶融変形は終了しているので、このようなネックダウン形状は期待できない。１３００℃以上ではあるが１４００℃より低い温度では、溶融変形している温度と、溶融変形が実質終了している温度の境界であり、光ファイバ外径測定器誤差や、光ファイバ母材製造工程の不安定性に起因したガラス粘度（組成）のバラツキの影響を受け、ネックダウン形状が光ファイバ母材毎に安定しないため芳しくない。よって、この１４００℃という温度は、短時間の熱処理で仮想温度を下げることができる最低温度に相当する。 The temperature is preferably 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower.
If the temperature is 1400 ° C. or higher, the drawn optical fiber bare wire is melted and deformed, so that a neck-down shape is formed. If the temperature is 1300 ° C. or lower, the melt deformation on the substantial outer diameter (or outer shape) has been completed, so such a neck-down shape cannot be expected. At a temperature of 1300 ° C. or higher but lower than 1400 ° C., it is a boundary between the temperature at which the melt deformation is performed and the temperature at which the melt deformation is substantially completed, and an optical fiber outer diameter measuring instrument error or an optical fiber preform manufacturing process The neck-down shape is not stable for each optical fiber preform due to the variation in glass viscosity (composition) due to the instability of the optical fiber. Therefore, this temperature of 1400 ° C. corresponds to the lowest temperature at which the fictive temperature can be lowered by a short heat treatment.

また、低レーリ散乱係数（０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 以下）が得られる仮想温度は、およそ１５７０℃であるが、これを実現するには、熱処理過程において、最終熱処理温度が１５７０℃以下の温度による熱処理が有効である。したがって、より短い熱処理時間で実現するには高くとも１６００℃程度から１５７０℃へ勾配をもつ熱処理温度履歴が適切である。１６００℃を越える温度で熱処理した場合には、仮想温度は熱処理温度より低くはならず芳しくない。また、１６００℃を越える温度から１５７０℃へ勾配をもつ熱処理温度履歴の場合においても、温度変化が急であったり、実質仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間も百分の一秒オーダーでよく、熱処理過程のヒートゾーンの長さの点から、不必要な熱処理を含むことになり好ましくない。
したがって、工程Ｂの熱処理において、仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間が１秒より短い温度とする際には、この温度を１４００℃以上１６００℃以下とすればよい。 The fictive temperature at which a low Rayleigh scattering coefficient (0.92 dB / km / μm 4 or less) is obtained is approximately 1570 ° C., but in order to achieve this, the final heat treatment temperature is 1570 ° C. or less in the heat treatment process. Heat treatment by temperature is effective. Accordingly, a heat treatment temperature history having a gradient from about 1600 ° C. to 1570 ° C. at the most is suitable for realizing a shorter heat treatment time. When heat treatment is performed at a temperature exceeding 1600 ° C., the fictive temperature is not lower than the heat treatment temperature and is not good. Even in the case of a heat treatment temperature history having a gradient from a temperature exceeding 1600 ° C. to 1570 ° C., the time required for the temperature to change suddenly or to maintain the substantially fictive temperature at a substantially constant value is also 1/100 second. The order may be sufficient, and from the viewpoint of the length of the heat zone in the heat treatment process, unnecessary heat treatment is included, which is not preferable.
Therefore, in the heat treatment of step B, when the time required to keep the fictive temperature at a substantially constant value is set to a temperature shorter than 1 second, this temperature may be set to 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower.

本発明に係る光ファイバ素線の製造方法は、上述した工程Ａと工程Ｂに加えて、前記工程Ｂにより形成された光ファイバ裸線をコーティングに必要な温度にまで冷却する工程Ｃと、前記工程Ｃにより冷却された光ファイバ裸線に被覆部材を塗布する工程Ｄと、前記工程Ｄにより塗布された被覆部材を架橋・硬化する工程Ｅと、を備えてもよい。
前述した工程Ｂは、あくまで光ファイバ裸線の諸特性（外径、残留応力、伝送損失、レーリ散乱係数）を整えるために熱処理を施すのに対し、工程Ｃは工程Ｂにより形成された光ファイバ裸線をコーティングに必要な温度にまで冷却するものである。 In addition to Step A and Step B described above, the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention includes a step C for cooling the bare optical fiber formed in Step B to a temperature necessary for coating, You may provide the process D which apply | coats a coating | coated member to the bare optical fiber cooled by the process C, and the process E which bridge | crosslinks and hardens the coating | coated member apply | coated by the said process D.
In the process B described above, heat treatment is performed to adjust various characteristics (outer diameter, residual stress, transmission loss, Rayleigh scattering coefficient) of the bare optical fiber, whereas the process C is an optical fiber formed by the process B. The bare wire is cooled to the temperature required for coating.

つまり、工程Ｃにとって前処理工程に相当する工程Ｂにおいて既に、光ファイバ裸線の諸特性はほぼ決定されているので、工程Ｃはこの諸特性の整った光ファイバ裸線に被覆部材を設けるために光ファイバ裸線を適切な温度まで冷却するものである。
次の工程Ｄでは、工程Ｃにより適切に冷却された光ファイバ裸線に対して、被覆部材を塗布するものである。これに続く工程Ｅにおいては、この塗布された被覆部材を架橋してから、硬化させることにより、所望の光ファイバ素線を得る。
この一連の処理工程を施すことにより、前述した本発明に係る光ファイバ素線を高速で線引した場合でも、長い徐冷長を要することなく、光ファイバ裸線に対して適切な徐冷温度を施すことが可能となる。 In other words, since the various characteristics of the bare optical fiber are already determined in the process B corresponding to the pretreatment process for the process C, the process C is for providing a covering member on the bare optical fiber having various characteristics. In addition, the optical fiber bare wire is cooled to an appropriate temperature.
In the next step D, a coating member is applied to the bare optical fiber that has been appropriately cooled in step C. In the subsequent step E, the coated optical member is crosslinked and then cured to obtain a desired optical fiber.
By performing this series of processing steps, even when the above-described optical fiber strand according to the present invention is drawn at a high speed, an appropriate annealing temperature is suitable for the bare optical fiber without requiring a long annealing length. Can be applied.

以上説明したように、本発明に係る光ファイバ素線は、クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向のほぼ全域において引張応力であり、内周側から外周側に向けて減少してなる構成を有することにより、光ファイバ素線の残留応力の径方向分布差が小さく、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が小さく、かつ、レーリ散乱も低く抑えられる光ファイバ素線の提供が可能となる。   As described above, in the optical fiber according to the present invention, the radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction in the clad layer located on the outermost side of the clad portion is almost equal to the radial direction. By having a configuration that is tensile stress in the entire region and decreases from the inner peripheral side toward the outer peripheral side, the difference in radial distribution of the residual stress of the optical fiber is small, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is small, and In addition, it is possible to provide an optical fiber that can suppress Rayleigh scattering to a low level.

この光ファイバ素線は低損失であることから長距離伝送システムに適用した場合には、中継点の大幅な削減をもたらすので、低コスト化が図れる。また、低レーリ散乱係数であることから、光増幅システムや光ラマン増幅システムに適用した場合には、損失の波長依存性が小さいので、広い波長域において高品質な信号の伝送に寄与する。   Since this optical fiber has a low loss, when applied to a long-distance transmission system, the number of relay points is greatly reduced, so that the cost can be reduced. Further, since it has a low Rayleigh scattering coefficient, when applied to an optical amplification system or an optical Raman amplification system, the wavelength dependency of loss is small, which contributes to transmission of a high-quality signal in a wide wavelength range.

本発明に係る光ファイバ素線の製造方法は、特に、溶融された光ファイバ母材を引出し、光ファイバ裸線とする工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０ ３ ×ｄＤ／ｄＸが、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２−１．２×１０３×Ｄ）以下とする構成を採用したことにより、上記光ファイバ素線を高速で線引した場合でも、長い徐冷長を要することなく、光ファイバ裸線に対して適切な徐冷温度を施すことが可能となる。 The method of manufacturing an optical fiber according to the present invention is a region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less , particularly in the step B of drawing a melted optical fiber base material to form a bare optical fiber , By adopting a configuration in which 10 3 × dD / dX is 0 or more (18.3 × 10 6 × D 2 -1.2 × 10 3 × D), the above optical fiber is drawn at high speed. Even in this case, an appropriate annealing temperature can be applied to the bare optical fiber without requiring a long annealing length.

したがって、この製造方法は、適切かつ最低限の熱処理を施すことにより、上記光ファイバ素線を作製できるので、光ファイバ裸線の母材組成による粘度の違いを吸収し、低損失な光ファイバ素線を得るための線引条件を容易にもたらす。また、光ファイバ裸線の線引タワーの高さを増加させることなく、既存設備を改良することにより、上記光ファイバ素線の作製を可能とするので、本発明は光ファイバ素線の低コスト化に貢献する。   Therefore, in this manufacturing method, the optical fiber strand can be manufactured by performing an appropriate and minimum heat treatment. Therefore, the difference in viscosity due to the base material composition of the bare optical fiber is absorbed, and the low-loss optical fiber strand is absorbed. Easily create drawing conditions to obtain lines. In addition, the present invention makes it possible to manufacture the optical fiber by improving the existing equipment without increasing the height of the drawing tower of the bare optical fiber, so that the present invention can reduce the cost of the optical fiber. Contribute to

以下では、本発明に係る光ファイバ素線の一実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は上述した作用と効果を満たす構成であればよく、これらの実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, one embodiment of an optical fiber according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments as long as the configuration satisfies the above-described functions and effects. .

図１は、本発明に係る光ファイバ素線を構成する光ファイバ裸線部分に生じた残留応力を示すグラフであり、光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）を表している。横軸は光ファイバ裸線の中心から半径方向の距離ｒを、縦軸は残留応力（引張応力および圧縮応力）を表す。図１においては、引張応力を正、圧縮応力を負としている。
なお、引張応力は、主に線引張力負担（光軸方向）に起因する応力である。また、圧縮応力は、主にガラス粘度差により、線引張力負担より（光軸方向）低粘度部分に起因する応力である。
また、引張応力、圧縮応力それぞれ、ガラス組成（例えばＳｉやＧｅ、Ｆの濃度）に起因する線膨張係数差によって生じる熱応力も含んでいる。 FIG. 1 is a graph showing the residual stress generated in the bare optical fiber portion constituting the optical fiber according to the present invention, and represents the radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction. The horizontal axis represents the distance r in the radial direction from the center of the bare optical fiber, and the vertical axis represents the residual stress (tensile stress and compressive stress). In FIG. 1, the tensile stress is positive and the compressive stress is negative.
Note that the tensile stress is a stress mainly resulting from the drawing tension load (in the optical axis direction). Further, the compressive stress is a stress caused by a low-viscosity portion (in the optical axis direction) from the drawing tension load mainly due to a difference in glass viscosity.
In addition, each of the tensile stress and the compressive stress includes a thermal stress caused by a difference in linear expansion coefficient caused by the glass composition (for example, the concentration of Si, Ge, F).

図１には本発明に係る製法で作製した光ファイバ裸線の結果（ａ）〜（ｅ）とともに、熱処理を行っているが、本発明に係る製法まで至らない光ファイバ裸線の結果（ｆ）、従来の製法で作製した光ファイバ裸線の結果（ｇ）〜（ｉ）も併せて示した。
各光ファイバ裸線（ａ）〜（ｉ）は、表１に示すように、線引速度［ｍ／ｍｉｎ］と線引張力［ｇｆ］の組合せを変更して作製した。なお、これらの光ファイバ裸線（ａ）〜（ｉ）については、後段において実施例１〜５および比較例１〜４として詳細に述べるが、この実施例等の番号も表１の最右欄に併せて示した。 FIG. 1 shows results (a) to (e) of the bare optical fiber manufactured by the manufacturing method according to the present invention and the results of the bare optical fiber (f) that does not reach the manufacturing method according to the present invention. ) And the results (g) to (i) of the bare optical fiber produced by the conventional manufacturing method are also shown.
As shown in Table 1, each of the bare optical fibers (a) to (i) was produced by changing the combination of the drawing speed [m / min] and the drawing tension [gf]. Note that these optical fiber bare wires (a) to (i) will be described in detail later as Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, but the numbers of these Examples are also shown in the rightmost column of Table 1. It was shown together.

Figure 0004663277
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図１において、領域αはコア部を、領域β、領域γ及び領域δはクラッド部である。特に、領域γと領域δはクラッド部のうち最も外側に位置するクラッド層であり、領域δは最外周端部（後述する被覆部材と接する部分）をなす。領域βは領域γより内周側にあるクラッド部を構成するクラッド層を表す。   In FIG. 1, a region α is a core portion, and a region β, a region γ, and a region δ are clad portions. In particular, the region γ and the region δ are outermost clad layers among the clad portions, and the region δ forms an outermost peripheral end portion (a portion in contact with a covering member described later). A region β represents a clad layer constituting a clad portion located on the inner peripheral side from the region γ.

図１のグラフより、以下の点が明らかとなった。
（１）光ファイバ裸線（ａ）〜（ｅ）においては、クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向のほぼ全域（すなわち、領域γ）において引張応力を有する。
（２）光ファイバ裸線（ａ）〜（ｅ）の領域γにおける残留応力である引張応力は、線分Ａおよび線分Ｂとほぼ重なることから、領域γの内周側から外周側に向けて減少する傾向をもつことが分かる。 The following points became clear from the graph of FIG.
(1) In the bare optical fibers (a) to (e), the radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction in the cladding layer located on the outermost side of the cladding portion is There is a tensile stress in almost the entire region (that is, the region γ).
(2) Since the tensile stress, which is the residual stress in the region γ of the bare optical fibers (a) to (e), almost overlaps with the line segment A and the line segment B, from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the region γ It can be seen that there is a tendency to decrease.

（３）光ファイバ裸線（ａ）〜（ｅ）の前記Ｓ（ｒ）は、最外周端部（領域δ）において引張応力から圧縮応力に反転する傾向を示す。
（４）光ファイバ裸線（ｆ）〜（ｉ）においては、クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、領域γにおいて引張応力を有する。 (3) The S (r) of the bare optical fibers (a) to (e) shows a tendency to reverse from tensile stress to compressive stress at the outermost peripheral end (region δ).
(4) In the bare optical fibers (f) to (i), the radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction in the clad layer located on the outermost side of the clad portion is tensile in the region γ. Has stress.

（５）光ファイバ裸線（ｆ）〜（ｉ）の領域γにおける残留応力は、領域γの内周側から外周側に向けて、引張応力であり、さらに増加する傾向をもつことが分かる。
（６）光ファイバ裸線（ｇ）〜（ｉ）の前記Ｓ（ｒ）は、最外周端部（領域δ）において引張応力から圧縮応力に反転することなく、残留応力はほぼ零となる。これに対し、光ファイバ裸線（ｆ）においては、引張応力から圧縮応力に反転する傾向を示す。 (5) It can be seen that the residual stress in the region γ of the bare optical fibers (f) to (i) is tensile stress from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the region γ, and has a tendency to further increase.
(6) The residual stress of S (r) of the bare optical fibers (g) to (i) is substantially zero without being reversed from tensile stress to compressive stress at the outermost peripheral end (region δ). On the other hand, the bare optical fiber (f) shows a tendency to reverse from tensile stress to compressive stress.

以上の結果より、本発明に係る光ファイバ素線を構成する光ファイバ裸線は、コア部、及び、その周囲をなす少なくとも一層以上のクラッド層からなるクラッド部、から構成されてなる光ファイバ素線であって、前記クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向のほぼ全域において引張応力であり、内周側から外周側に向けて減少している構成からなることが分かった。ここで、ほぼ全領域とは、最も外側に位置するクラッド層のうち、領域δ（最外周端部）を除いた領域γを意味する。   From the above results, the bare optical fiber constituting the optical fiber according to the present invention has an optical fiber element composed of a core part and a clad part composed of at least one clad layer surrounding the core part. The radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction in the outermost clad layer of the clad portion is a tensile stress in almost the entire radial direction, It turned out that it consists of the structure which has decreased toward the outer peripheral side. Here, substantially the entire region means a region γ excluding the region δ (outermost peripheral end) in the outermost clad layer.

また、後述するように、光ファイバ裸線（ａ）〜（ｅ）は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であり、かつ、レーリ散乱係数が０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 以下であることが確認された。一方、比較にために示した光ファイバ裸線（ｆ）〜（ｉ）においては、上記伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下のものに混在して、この数値を超えるものも製造されることが確認された。そして、この伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍを超えるものについてレーリ散乱係数を測定したところ０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ を上回る数値をもつことが分かった。 As will be described later, the optical fiber bare wires (a) to (e) have a transmission loss at a wavelength of 1550 nm of 0.18 dB / km or less and a Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm 4 or less. It was confirmed that. On the other hand, in the bare optical fibers (f) to (i) shown for comparison, the transmission loss is mixed with the transmission loss of 0.18 dB / km or less, and those exceeding this value may be manufactured. confirmed. Then, the transmission loss was found to have a number of more than 0.92dB / km / μm 4 Measurement of the Rayleigh scattering coefficients for those of more than 0.18 dB / miles.

したがって、コア部、及び、その周囲をなす少なくとも一層以上のクラッド層からなるクラッド部、から構成されてなる光ファイバ素線であって、前記クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向のほぼ全域において引張応力であり、内周側から外周側に向けて減少している構成を採ることにより、光ファイバ素線の残留応力の径方向分布差が小さく、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が小さく、かつ、レーリ散乱も低く抑えられる光ファイバ素線の提供が可能となる。   Therefore, an optical fiber comprising a core part and a clad part composed of at least one clad layer surrounding the core part, and light in a clad layer located on the outermost side of the clad part The radial distribution S (r) of the residual stress in the axial direction is a tensile stress in almost the entire area in the radial direction, and decreases from the inner peripheral side toward the outer peripheral side. It is possible to provide an optical fiber that has a small difference in radial distribution of residual stress, a small transmission loss at a wavelength of 1550 nm, and a low Rayleigh scattering.

上述した光ファイバ素線を構成する光ファイバ裸線は、光ファイバ母材を加熱し、溶融する工程Ａと、前記工程Ａにより溶融された光ファイバ母材を引出し、光ファイバ裸線とする工程Ｂと、を少なくとも備えてなる光ファイバ素線の製造方法であって、前記工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０ ３ ×ｄＤ／ｄＸが、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２−１．２×１０３×Ｄ）以下であることを特徴とする製造方法により得られる。ただし、母材の外径＝Ｄ［ｍ］、母材を引出す方向の距離＝Ｘ［ｍ］、外径減少率＝ｄＤ／ｄＸ、とする。 An optical fiber bare wire constituting the above-described optical fiber is a process A in which an optical fiber preform is heated and melted, and a process in which the optical fiber preform melted in the process A is drawn out to form an optical fiber bare wire. B, and at least 10 3 × dD / dX is 0 or more in the region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less in the step B. 18.3 × 10 6 × D 2 -1.2 × 10 3 × D) or less. However, the outer diameter of the base material = D [m], the distance in the direction of drawing the base material = X [m], and the outer diameter reduction rate = dD / dX.

図２は、工程Ｂにおいて熱処理する際の温度保持時間と仮想温度との関係を、各熱処理温度毎に調べたグラフである。仮想温度は、ラマン散乱分光計にて測定し、波数６０５ｃｍ−１における吸収ピークから算出した。図２には、６種類の熱処理温度、すなわち１１００℃（太い実線）、１２００℃（太い一点鎖線）、１３００℃（太い二点鎖線）、１４００℃（細い実線）、１５００℃（細い一点鎖線）、１６００℃（細い二点鎖線）の結果を纏めて示した。 FIG. 2 is a graph in which the relationship between the temperature holding time and the fictive temperature during the heat treatment in step B is examined for each heat treatment temperature. The fictive temperature was measured with a Raman scattering spectrometer and calculated from the absorption peak at a wave number of 605 cm −1 . FIG. 2 shows six types of heat treatment temperatures, namely 1100 ° C. (thick solid line), 1200 ° C. (thick one-dot chain line), 1300 ° C. (thick two-dot chain line), 1400 ° C. (thin solid line), 1500 ° C. (thin one-dot chain line). The results at 1600 ° C. (thin two-dot chain line) are collectively shown.

ここで、温度保持時間とは、各熱処理温度毎の処理時間、すなわち熱処理が開始されてからの時間「光ファイバ裸線が熱処理される空間（以下、熱処理工程とも呼称する）に滞在を開始してから時間」を意味する。なお、本発明において熱処理工程とは、加熱溶融炉そのものであってもよいし、熱処理専用の加熱炉、もしくは対流熱伝導率の悪い雰囲気で満たされた容器、管などであり特に限定されるものではないが、各種温度の光ファイバ裸線の熱履歴を調整する工程を指すものとする。   Here, the temperature holding time is the processing time for each heat treatment temperature, that is, the time from the start of the heat treatment “starting stay in the space where the bare optical fiber is heat treated (hereinafter also referred to as heat treatment step). Means "time after". In the present invention, the heat treatment step may be a heating and melting furnace itself, a heating furnace dedicated to heat treatment, or a container or tube filled with an atmosphere having poor convective thermal conductivity, and is particularly limited. However, it refers to the process of adjusting the thermal history of bare optical fibers at various temperatures.

図２のグラフより、以下の点が明らかとなった。
（１）１３００℃以下の温度での熱処理では、仮想温度が下がりきるまで数秒オーダーの時間が必要であり、これは同時に線引きにおける必要な熱処理時間となり、結局は従来のように、線引線速を遅くしないと現実的ではないと言える。例えば、２秒熱処理、線引速度３００ｍ／ｍｉｎでは、熱処理長１０ｍ必要となり現実的ではないが、１００ｍ／ｍｉｎでは、熱処理長３．３ｍなら、低速のため、熱処理後の冷却長が短尺でも可能なため、実現することができるということになるが、あまりに低速のため生産性が悪い。 The following points became clear from the graph of FIG.
(1) In heat treatment at a temperature of 1300 ° C. or lower, a time of several seconds is required until the fictive temperature is lowered, and this simultaneously requires heat treatment time for drawing, and eventually the drawing speed is reduced as in the conventional case. It cannot be said that it is not realistic unless it is delayed. For example, a heat treatment length of 10 m is required at a heat treatment length of 2 m and a drawing speed of 300 m / min, but it is not practical at 100 m / min, but if the heat treatment length is 3.3 m, the cooling speed after heat treatment can be short because of a low speed. Therefore, it can be realized, but the productivity is poor because it is too slow.

（２）また、１４００℃以上であれば、０．５秒以内の処理で、熱処理温度付近まで仮想温度を下げることが可能であるといえる。同様に、０．５秒処理、線速２００ｍ／ｍｉｎでは、熱処理長１．６ｍで、十分に仮想温度を下げることができることがわかり、これは、１３００℃以下で熱処理の１００ｍ／ｍｉｎにおける熱処理長の半分以下である。さらに、生産性を向上させるには、熱処理温度を上げるか、処理温度に勾配をつけることなどを行えば良い。換言すると、熱処理温度を１４００℃以上とすれば、仮想温度を所定の数値に安定化するために要する時間を１秒以内とすることができる。 (2) Moreover, if it is 1400 degreeC or more, it can be said that fictive temperature can be lowered | hung to the heat processing temperature vicinity by the process within 0.5 second. Similarly, it can be seen that with a 0.5 second treatment and a linear velocity of 200 m / min, the fictive temperature can be sufficiently lowered with a heat treatment length of 1.6 m. This is a heat treatment length of 1300 ° C. or less at a heat treatment of 100 m / min. Less than half. Furthermore, in order to improve productivity, the heat treatment temperature may be increased or the treatment temperature may be graded. In other words, if the heat treatment temperature is 1400 ° C. or higher, the time required to stabilize the fictive temperature to a predetermined numerical value can be made within one second.

次に、この仮想温度とレーリ散乱係数との関係について説明する。図３に示すグラフは、数々の熱処理条件（温度、時間）を変えたサンプルについて、仮想温度とレーリ散乱係数を測定した結果について纏めて示す。図３にプロットしたレーリ散乱係数は、図４に示すように、カットバック法にて試料の損失波長特性を測定し、次いで図５に示すように、波長の４乗分の１に対してプロットし、直線近似することにより算出した数値である。   Next, the relationship between this fictive temperature and the Rayleigh scattering coefficient will be described. The graph shown in FIG. 3 summarizes the results of measuring the fictive temperature and the Rayleigh scattering coefficient for samples with various heat treatment conditions (temperature, time). As shown in FIG. 4, the Rayleigh scattering coefficient plotted in FIG. 3 is measured with respect to the loss wavelength characteristic of the sample by the cutback method, and then plotted against one fourth of the wavelength as shown in FIG. And a numerical value calculated by linear approximation.

図３のグラフより、以下の点が明らかとなった。
（１）図３の各プロットは直線で近似（点線）されることから、仮想温度とレーリ散乱係数には、比例関係が成り立つ。
（２）図３において近似した直線から、レーリ散乱係数が０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ となるには、仮想温度をおよそ１５７０℃とすれば良いことが読みとれる。 The following points became clear from the graph of FIG.
(1) Since each plot in FIG. 3 is approximated by a straight line (dotted line), a proportional relationship is established between the virtual temperature and the Rayleigh scattering coefficient.
(2) From the straight line approximated in FIG. 3, it can be read that the fictive temperature should be about 1570 ° C. in order for the Rayleigh scattering coefficient to be 0.92 dB / km / μm 4 .

換言すると、この仮想温度を得るためには、最終的な熱処理温度が１５７０℃以下でなければならないことを示し、最低限の温度履歴とするためには、高くとも１６００℃以下の徐冷温度とすることが望ましいといえる。
レーリ散乱係数０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ ということは、これは、レーリ散乱損失以外の構造不整損失、赤外吸収損失、ＯＨ基吸収損失などの損失合計を約０．０２ｄＢ／ｋｍとした場合、１．５５μｍでの損失に換算する（０．９２÷１．５５４ ＋０．０２）と、約０．１７９４ｄＢ／ｋｍになることが見積もれる。 In other words, in order to obtain this fictive temperature, it indicates that the final heat treatment temperature must be 1570 ° C. or lower, and in order to obtain a minimum temperature history, a slow cooling temperature of 1600 ° C. or lower at the maximum. It is desirable to do.
The Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm 4 means that the total loss such as structural irregularity loss, infrared absorption loss, and OH group absorption loss other than Rayleigh scattering loss is about 0.02 dB / km. When converted to a loss at 1.55 μm (0.92 ÷ 1.55 4 +0.02), it can be estimated to be about 0.1794 dB / km.

以上から、線速２００ｍ／ｍｉｎ以上で、波長１．５５μｍでの損失０．１８ｄＢ／ｋｍ以下を実現するためには、１４００℃以上１６００℃以下の温度にて、１ｓｅｃ以下、より好ましくは０．５ｓｅｃ以下の時間熱処理し、それにより仮想温度１５７０℃以下、レーリ散乱係数０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ とすれば良いことがわかる。 From the above, in order to realize a loss of 0.18 dB / km or less at a wavelength of 1.55 μm at a linear velocity of 200 m / min or more, at a temperature of 1400 ° C. or more and 1600 ° C. or less, 1 sec or less, more preferably 0.8. It can be seen that heat treatment is performed for 5 seconds or less, whereby the fictive temperature is 1570 ° C. or less and the Rayleigh scattering coefficient is 0.92 dB / km / μm 4 .

しかしながら、１４００℃以上１６００℃以下の温度で０．５ｓｅｃ以下の時間という条件のみでは、温度勾配の最適化や、母材の組成の違いによる粘性、構造緩和時間などの違いから、線引条件検討においての最適化が難しく、より高速線引時などへの最適化が難しく、必要以上の熱処理炉を導入したためコストがかかったり、予想される損失を安定して得ることが難しかった。   However, considering the conditions of temperature of 1400 ° C to 1600 ° C for 0.5 sec or less, the drawing conditions should be examined due to differences in viscosity, structure relaxation time, etc. due to differences in the temperature gradient, matrix composition, etc. It is difficult to optimize at high speed, and it is difficult to optimize for high speed drawing, etc., and it has been difficult to obtain the expected loss stably because of the introduction of more heat treatment furnace than necessary.

上記状況を受け、本筆者らが、線引条件を鋭意検討した結果、次のことと直接結びつけられることが判明した。光ファイバ線引の加熱溶融されて引き出される光ファイバ母材から光ファイバ裸線になるまでに、ネックダウン形状が形成される。このネックダウン形状は、光ファイバ裸線の熱処理温度履歴により変化する。逆にいえば、このネックダウン形状を所望な形状とすれば、その熱処理工程の温度履歴も最適なものとなる。   In response to the above situation, the present authors have intensively studied the drawing conditions, and as a result, it has been found that it is directly linked to the following. A neck-down shape is formed from the optical fiber preform drawn by heating and melting of the optical fiber drawing to the bare optical fiber. This neck-down shape changes depending on the heat treatment temperature history of the bare optical fiber. In other words, if this neck-down shape is a desired shape, the temperature history of the heat treatment process is also optimized.

これは今回、熱処理温度域が１４００℃以上の光ファイバ温度で成り立ち、この温度域では、引き出された光ファイバ裸線は、溶融変形しているために、ネックダウン形状が形成される。１３００℃以下の温度では、実質外径上の溶融変形は終了しているため、上記ネックダウン形状での議論はできない。また、この１４００℃という温度は、短時間の熱処理で仮想温度を下げることができる最低温度にも相当する。さらに、低レーリ散乱係数０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 以下が得られる仮想温度１５７０℃以下をより短熱処理時間で実現するには、実質１６００℃以下の温度での熱処理が有効であり、この温度でのネックダウン形状外径は、一般的なＧｅ添加コア、純石英クラッド組成の光ファイバ母材の場合、約φ０．５ｍｍであった。 This time, the heat treatment temperature range is established at an optical fiber temperature of 1400 ° C. or more. In this temperature range, the drawn optical fiber bare wire is melted and deformed, so that a neck-down shape is formed. At a temperature of 1300 ° C. or lower, the melt deformation on the substantial outer diameter is completed, so the discussion on the neck-down shape cannot be made. The temperature of 1400 ° C. also corresponds to the lowest temperature at which the fictive temperature can be lowered by a short heat treatment. Furthermore, in order to realize a fictive temperature of 1570 ° C. or less at which a low Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm of 4 or less is obtained in a shorter heat treatment time, heat treatment at a temperature of substantially 1600 ° C. or less is effective. In the case of an optical fiber preform having a general Ge-added core and a pure quartz clad composition, the outer diameter of the neck-down shape was about 0.5 mm.

以上より、検討されたネックダウン形状外径変化率が、０．５ｍｍから、外径変化が実質上無くなるまでの領域について、母材外径をＤ［ｍ］、母材引出す方向の距離をＸ［ｍ］とした場合、外径減少率をｄＤ／ｄＸで表したとき、１０ ３ ×ｄＤ／ｄＸが、外径Ｄに対し０≦［外径減少率］≦１８．３×１０６×Ｄ２−１．２×１０３×Ｄを満たすことで、最適な徐冷温度履歴となり、仮想温度が低下するので、小さなレーリ散乱係数（０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４以下）と、波長１５５０ｎｍにおける低い伝送損失（０．１８ｄＢ／ｋｍ以下）が得られることが分かった。 From the above, in the region from the examined neck-down shape outer diameter change rate from 0.5 mm to the point where the outer diameter change is substantially eliminated, the base material outer diameter is D [m], and the distance in the base material drawing direction is X. In the case of [m], when the outer diameter reduction rate is expressed in dD / dX , 10 3 × dD / dX is 0 ≦ [outer diameter reduction rate] ≦ 18.3 × 10 6 × D with respect to the outer diameter D. by satisfying 2 -1.2 × 10 3 × D, it becomes optimum cooling temperature history, since the virtual temperature drops, a small Rayleigh scattering coefficient (0.92dB / km / μm 4 or less), at a wavelength of 1550nm It was found that a low transmission loss (0.18 dB / km or less) can be obtained.

換言すると、工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０ ３ ×ｄＤ／ｄＸを、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２−１．２×１０３×Ｄ）以下の範囲とすることにより、光ファイバ裸線は最適な徐冷温度履歴となり、仮想温度を低下させることにより、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバ素線や、レーリ散乱係数が０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４以下である光ファイバ素線を安定して製造することが確認された。 In other words, in Step B , 10 3 × dD / dX is set to 0 or more (18.3 × 10 6 × D 2 -1.2 × 10 3 ×) in the region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less. D) By setting the following range, the optical fiber bare wire has an optimum annealing temperature history, and by reducing the fictive temperature, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.18 dB / km or less. It was confirmed that an optical fiber having a Rayleigh scattering coefficient of 0.92 dB / km / μm 4 or less can be stably produced.

ここまでは外径減少率というファクターに基づき説明してきたが、この外径減少率に代えて断面積減少率や体積減少率を用いても、同様に説明できることは言うまでもない。また、外径変化が実質上なくなるまでの領域として、外径測定器の誤差の影響受けにくくするため、目標外径＋０．８％以下の領域（目標外径１２５μｍの場合、１２６μｍ以下）は、実質上外径変化は無いものとみなした。   Up to this point, the explanation has been made based on the factor of the outer diameter reduction rate, but it goes without saying that the same can be explained by using the cross-sectional area reduction rate and the volume reduction rate instead of the outer diameter reduction rate. Further, as a region until the outer diameter change is substantially eliminated, the region of the target outer diameter + 0.8% or less (in the case of the target outer diameter of 125 μm, 126 μm or less) It was considered that there was substantially no change in outer diameter.

（実施例および比較例）
以下では、２種類の母材（ＬＷＰ−ＳＭ母材、ＳＭ母材）を用いた。ここで、ＬＷＰ−ＳＭ母材とは、Ｇｅ添加コアＣｌ含有シリカクラッド−シングルモードファイバ母材を、ＳＭ母材とは、Ｇｅ添加コアＯＨ含有シリカクラッド−シングルモードファイバ母材をそれぞれ意味する。
作製した光ファイバ素線の主な構成と製造条件は、光ファイバ（外径φ１２５μｍ）、被覆材（ウレタン＝アクリレート系紫外線硬化型樹脂：プライマリ、セカンダリ共）、コート径（φ２５０μｍ）、紡糸線速（２００〜２０００ｍ／ｍｉｎ）である。 (Examples and Comparative Examples)
In the following, two types of base materials (LWP-SM base material and SM base material) were used. Here, the LWP-SM base material means a Ge-added core Cl-containing silica clad-single mode fiber base material, and the SM base material means a Ge-added core OH-containing silica clad-single mode fiber base material.
The main configuration and manufacturing conditions of the manufactured optical fiber are as follows: optical fiber (outer diameter φ125 μm), coating material (urethane = acrylate ultraviolet curable resin: primary and secondary), coat diameter (φ250 μm), spinning speed (200 to 2000 m / min).

（実施例１）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速２００ｍ／ｍｉｎ、張力１００ｇｆ、熱処理温度を１４００℃一定、熱処理長０．６ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。約５０００ｍ程度の光ファイバ素線を線引きしたところで、線引き中のネックダウン形状を維持するために、意図的に光ファイバ素線を断線させ、線引きを中断した。その後、残留光ファイバ母材を、加熱溶融炉、および熱処理炉から、上方へ引き上げ、外径１ｍｍ以下のネックダウンサンプルを取り出し、形状を外径測定器にて測定し、外径減少率を算出した。 Example 1
In this example, an LWP-SM base material is used, drawing is performed at a spinning linear velocity of 200 m / min, a tension of 100 gf, a heat treatment temperature of 1400 ° C., a heat treatment length of 0.6 m, and then cooling and coating are performed. A fiber strand was manufactured. When an optical fiber strand of about 5000 m was drawn, in order to maintain the neck-down shape during the drawing, the optical fiber strand was intentionally disconnected and the drawing was interrupted. Thereafter, the residual optical fiber preform is pulled upward from the heating and melting furnace and the heat treatment furnace, a neck-down sample having an outer diameter of 1 mm or less is taken out, the shape is measured with an outer diameter measuring instrument, and the outer diameter reduction rate is calculated. did.

また、５０００ｍ試料を側圧などによるマイクロベンド損失の影響などを排除するために、束状態にし、ＯＴＤＲによる１．５５μｍ損失測定、および、カットバック法による損失波長特性を測定し、波長の４乗分の１に対する損失変化の傾きから、レーリ散乱係数を算出した。また、ラマン分光計にて、ラマン散乱スペクトルを測定し、仮想温度を算出した。
各種測定の結果を表２、図６および図７に、○印にて示した。図６は位置とネックダウン外径との関係を、図７は外径と外径減少率との関係を示すグラフである。併せて、本発明に係る外径変化率となるネックダウン形状は、各図の中に実線で示した。 In addition, in order to eliminate the influence of microbend loss due to side pressure etc. on a 5000 m sample, it is made into a bundle state, 1.55 μm loss measurement by OTDR and loss wavelength characteristics by cutback method are measured, and the fourth power of wavelength The Rayleigh scattering coefficient was calculated from the slope of the loss change with respect to 1. In addition, a Raman scattering spectrum was measured with a Raman spectrometer, and a virtual temperature was calculated.
The results of various measurements are indicated by circles in Table 2, FIG. 6 and FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the position and the neck-down outer diameter, and FIG. 7 is a graph showing the relationship between the outer diameter and the outer diameter reduction rate. In addition, the neck-down shape that is the outer diameter change rate according to the present invention is indicated by a solid line in each figure.

Figure 0004663277
Figure 0004663277

（実施例２）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速６００ｍ／ｍｉｎ、張力１２０ｇｆ、熱処理温度を１５００℃一定、熱処理長０．８ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表２、図６および図７に、△印にて示した。 (Example 2)
In this example, an LWP-SM base material is used, drawing is performed with a spinning linear speed of 600 m / min, a tension of 120 gf, a heat treatment temperature of 1500 ° C. and a heat treatment length of 0.8 m, followed by cooling and coating. A fiber strand was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown in Table 2, FIG. 6 and FIG.

（実施例３）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１０００ｍ／ｍｉｎ、Ｊ張力１５０ｇｆ、熱処理温度を１５００℃一定、熱処理長１．０ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表２、図６および図７に、◆印にて示した。 (Example 3)
In this example, using an LWP-SM base material, drawing was performed with a spinning linear speed of 1000 m / min, a J tension of 150 gf, a heat treatment temperature of 1500 ° C., and a heat treatment length of 1.0 m, and then cooling and coating. An optical fiber was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown by asterisks in Table 2, FIG. 6 and FIG.

（実施例４）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１５００ｍ／ｍｉｎ、張力１８０ｇｆ、熱処理温度を１６００℃〜１５００℃へ勾配をつけ、熱処理長１．２ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表２、図６および図７に、●印にて示した。 Example 4
In this example, the LWP-SM base material is used, the spinning linear velocity is 1500 m / min, the tension is 180 gf, the heat treatment temperature is gradient from 1600 ° C. to 1500 ° C., the heat treatment length is 1.2 m, and then the cooling, An optical fiber was manufactured by coating.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown by ● in Table 2, FIG. 6 and FIG.

（実施例５）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速２０００ｍ／ｍｉｎ、張力２００ｇｆ、熱処理温度を１６００℃〜１５００℃へ勾配をつけ、熱処理長１．２ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表２、図６および図７に、＊印にて示した。 (Example 5)
In this example, an LWP-SM base material is used, the spinning linear velocity is 2000 m / min, the tension is 200 gf, the heat treatment temperature is inclined to 1600 ° C. to 1500 ° C., the heat treatment length is 1.2 m, and then the cooling, An optical fiber was manufactured by coating.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by * in Table 2, FIG. 6 and FIG.

以上、実施例１〜５を見てみると、図７から、ネックダウン形状の外径減少率が規定の範囲内に入っているため、表１から、仮想温度が低く、レーリ散乱係数も０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 以下、１．５５μｍ損失も０．１８ｄＢ／ｋｍであることが分かった。
また、実施例１〜５の残留応力分布（図２１〜図１７）から、最外層クラッドにおける残留応力の径方向分布が、引張応力で、かつ、内側から外側に向けて、増加傾向を示した。さらに、最外周端部を含む残留応力が引張応力から圧縮応力へ転じていることも確認された。 As described above, looking at Examples 1 to 5, from FIG. 7, since the outer diameter reduction rate of the neck-down shape is within the specified range, from Table 1, the fictive temperature is low and the Rayleigh scattering coefficient is also 0. .92 dB / km / μm 4 or less, 1.55 μm loss was also found to be 0.18 dB / km.
Further, from the residual stress distributions of Examples 1 to 5 (FIGS. 21 to 17), the radial distribution of the residual stress in the outermost clad showed a tendency to increase in the tensile stress and from the inside toward the outside. . Furthermore, it was also confirmed that the residual stress including the outermost peripheral edge portion changed from tensile stress to compressive stress.

（比較例１）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速６００ｍ／ｍｉｎ、張力１２０ｇｆ、熱処理炉を取り外して線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表３、図８および図９に、○印にて示した。 (Comparative Example 1)
In this example, an LWP-SM base material was used, a spinning wire speed of 600 m / min, a tension of 120 gf, a heat treatment furnace was removed, drawing was performed, and then cooling and coating were performed to manufacture an optical fiber.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by ◯ in Table 3, FIG. 8 and FIG.

Figure 0004663277
Figure 0004663277

（比較例２）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１５００ｍ／ｍｉｎ、張力１８０ｇｆ、熱処理炉を取り外して線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表３、図８および図９に、△印にて示した。 (Comparative Example 2)
In this example, an LWP-SM base material was used, a spinning wire speed of 1500 m / min, a tension of 180 gf, a heat treatment furnace was removed, drawing was performed, and then cooling and coating were performed to manufacture an optical fiber.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown in Table 3, FIG. 8 and FIG.

（比較例３）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速２０００ｍ／ｍｉｎ、張力２００ｇｆ、熱処理炉を取り外して線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表３および図８、図９に、◆印にて示した。 (Comparative Example 3)
In this example, an LWP-SM base material was used, a spinning wire speed of 2000 m / min, a tension of 200 gf, a heat treatment furnace was removed and drawn, and then cooled and coated to produce an optical fiber.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown by asterisks in Table 3, FIG. 8, and FIG.

（比較例４）
本例では、ＬＷＰ−ＳＭ母材を使用し、紡糸線速２００ｍ／ｍｉｎ、張力１００ｇｆ、熱処理温度を１３００℃一定、熱処理長０．６ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表３および図８、図９に、＊印にて示した。 (Comparative Example 4)
In this example, an LWP-SM base material is used, drawing is performed with a spinning linear speed of 200 m / min, a tension of 100 gf, a heat treatment temperature of 1300 ° C., and a heat treatment length of 0.6 m, followed by cooling and coating. A fiber strand was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by * in Table 3 and FIGS.

以上、比較例１〜３では、いずれも熱処理炉を取り外して線引をしている。その結果、図８に示すようにネックダウン形状が短くなり、結果として、図９に示すように、外径減少率が速くなっているのがわかる。その結果、レーリ散乱係数は０．９６〜０．９７ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ となり、１．５５μｍ損失は、０．１８６〜０．１８８ｄＢ／ｋｍとなり、０．１８０ｄＢ／ｋｍを超えていることがわかる。 As described above, in Comparative Examples 1 to 3, the heat treatment furnace is removed and the drawing is performed. As a result, the neck-down shape is shortened as shown in FIG. 8, and as a result, as shown in FIG. 9, the outer diameter reduction rate is faster. As a result, the Rayleigh scattering coefficient is 0.96 to 0.97 dB / km / μm 4 , and the 1.55 μm loss is 0.186 to 0.188 dB / km, which exceeds 0.180 dB / km. .

また、比較例４では、熱処理炉は使用しているものの、ネックダウン形状が、請求範囲外になっているために、外径減少率も大きく、その影響でレーリ散乱係数が０．９３２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４ 、（１．５５μｍ）損失は０．１８１ｄＢ／ｋｍと、０．９２、０．１８０以上となっていることがわかる。 In Comparative Example 4, although a heat treatment furnace is used, the neck-down shape is out of the scope of claims, so the outer diameter reduction rate is large, and the Rayleigh scattering coefficient is 0.932 dB / km due to the influence. / Μm 4 , (1.55 μm) loss is 0.181 dB / km, 0.92, 0.180 or more.

さらに、比較例１〜４の残留応力分布（図２２〜図２４、図１６）から、最外層クラッドにおける残留応力の径方向分布が、引張応力だが、内側から外側に向けて、増加傾向を示した。また、熱処理をしていない比較例１〜３については、最外周端部を含む残留応力も引張応力から圧縮応力へ転じていないことも確認された。比較例４については、熱処理を施しているため、引張応力から圧縮応力へ転じているが、熱処理が不十分なため、最外層クラッドにおける引張応力が、内側から外側に向けて、増加傾向を示した。   Furthermore, from the residual stress distributions of Comparative Examples 1 to 4 (FIGS. 22 to 24 and FIG. 16), the radial distribution of the residual stress in the outermost cladding is a tensile stress, but shows an increasing trend from the inside to the outside. It was. Moreover, about Comparative Examples 1-3 which did not heat-process, it was also confirmed that the residual stress containing an outermost peripheral edge part has not changed from the tensile stress to the compressive stress. In Comparative Example 4, since the heat treatment was applied, the tensile stress changed to the compressive stress. However, the heat treatment was insufficient, so the tensile stress in the outermost clad showed an increasing tendency from the inside toward the outside. It was.

（実施例６）
本例では、ＳＭ母材を使用し、紡糸線速３００ｍ／ｍｉｎ、張力１００ｇｆ、熱処理温度を１４００℃一定とし、熱処理長０．８ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表４、図１０および図１１に、○印にて示した。 (Example 6)
In this example, an SM base material is used, the spinning linear velocity is 300 m / min, the tension is 100 gf, the heat treatment temperature is constant at 1400 ° C., the heat treatment length is 0.8 m, the drawing is performed, and then the optical fiber is cooled and coated. A strand was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by circles in Table 4, FIG. 10 and FIG.

Figure 0004663277
Figure 0004663277

（実施例７）
本例では、ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１０００ｍ／ｍｉｎ、張力１５０ｇｆ、熱処理温度を１６００℃〜１５００℃へ勾配をつけ、熱処理長１．０ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表４、図１０および図１１に、◆印にて示した。 (Example 7)
In this example, an SM base material is used, the spinning linear speed is 1000 m / min, the tension is 150 gf, the heat treatment temperature is gradient from 1600 ° C. to 1500 ° C., the heat treatment length is 1.0 m, and then the cooling and coating are performed. Thus, an optical fiber was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by asterisks in Table 4, FIG. 10 and FIG.

（実施例８）
本例では、ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１５００ｍ／ｍｉｎ、張力１８０ｇｆ、熱処理温度を１６００℃〜１５００℃へ勾配をつけ、熱処理長１．２ｍとして線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表４、図１０および図１１に、●印にて示した。 (Example 8)
In this example, an SM base material is used, the spinning linear velocity is 1500 m / min, the tension is 180 gf, the heat treatment temperature is gradient from 1600 ° C. to 1500 ° C., the heat treatment length is 1.2 m, and then the cooling and coating are performed. Thus, an optical fiber was manufactured.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are indicated by ● in Table 4, FIG. 10 and FIG.

以上、実施例６〜８は、母材をＯＨ含有のＳＭ母材に変更した場合について検討した例である。図１０より、ＯＨ含有により若干粘度が下がったためか、ネックダウン形状が若干長くなっており、それに伴い図１１より、外径減少率も緩やかになっていることが分かった。レーリ散乱係数も実施例２〜４と比較すると、若干下がっている。１．５５μｍ損失も、同程度か若干下がる結果となっている。
残留応力分布についても、実施例１〜５同様、最外周クラッドにおいて、ほぼ全域で引張応力であり、かつ、内側から外側に向けて、減少傾向を示した。さらに、最外周端部を含む残留応力は、引張応力から圧縮応力へ転じていた（図示せず）。 As described above, Examples 6 to 8 are examples in which the base material is changed to the SM base material containing OH. From FIG. 10, it was found that the neck-down shape was slightly longer due to a slight decrease in viscosity due to the inclusion of OH, and as a result, the outer diameter reduction rate was also moderated. The Rayleigh scattering coefficient is also slightly lower than in Examples 2-4. The 1.55 μm loss is the same or slightly lower.
Similarly to Examples 1 to 5, the residual stress distribution was a tensile stress in almost the entire region in the outermost cladding, and showed a decreasing tendency from the inside to the outside. Furthermore, the residual stress including the outermost peripheral edge portion has changed from tensile stress to compressive stress (not shown).

図１２は、実施例３と実施例７における位置とネックダウン外径との関係を示すグラフである。実施例３は●印、実施例７は◆印で示した。
図１３は、実施例３と実施例７における外径と外径減少率との関係を示すグラフである。実施例３は●印、実施例７は◆印で示した。
図１４は、実施例４と実施例８における位置とネックダウン外径との関係を示すグラフである。実施例４は◆印、実施例８は□印で示した。
図１５は、実施例４と実施例８における外径と外径減少率との関係を示すグラフである。実施例４は◆印、実施例８は□印で示した。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the position and the neck-down outer diameter in Example 3 and Example 7. Example 3 is indicated by ● and Example 7 is indicated by ◆.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the outer diameter and the outer diameter reduction rate in Example 3 and Example 7. Example 3 is indicated by ● and Example 7 is indicated by ◆.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the position and the neck-down outer diameter in Example 4 and Example 8. Example 4 is indicated by ♦, and Example 8 is indicated by □.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the outer diameter and the outer diameter reduction rate in Example 4 and Example 8. Example 4 is indicated by ♦, and Example 8 is indicated by □.

図１２〜図１５のグラフより、同じ熱処理温度でも母材の組成によりネックダウン形状が若干変化することが分かった。この実験結果は、熱処理温度、時間のみで線引条件を決定すると、母材組成によりネックダウン形状が異なった場合、同一の損失特性が得られないことを示唆している。
以上より、温度で規程するより、組成を反映しているネックダウン形状外径減少率が同一になるようにすることで、組成による差を無視することができるようになり、より応用が効くことが明らかとなった。 From the graphs of FIGS. 12 to 15, it was found that the neck-down shape slightly changed depending on the composition of the base material even at the same heat treatment temperature. This experimental result suggests that if the drawing condition is determined only by the heat treatment temperature and time, the same loss characteristic cannot be obtained if the neck-down shape differs depending on the base material composition.
From the above, it is possible to ignore the difference due to the composition and make the application more effective by making the neck-down shape outer diameter reduction rate reflecting the composition the same rather than regulating by temperature. Became clear.

（比較例５）
本例では、ＳＭ母材を使用し、紡糸線速１５００ｍ／ｍｉｎ、張力１８０ｇｆ、熱処理炉を取り外して線引し、その後、冷却、コーティングをして、光ファイバ素線を製造した。
その後は、実施例１同様、ネックダウン形状から外径減少率、試料は束状態にし、１．５５μｍＯＴＤＲ損失、損失波長特性からレーリ散乱係数、ラマン散乱スペクトルから仮想温度を測定した。
各種測定の結果を表５、図１０および図１１に、＊印にて示した。 (Comparative Example 5)
In this example, an SM base material was used, a spinning wire speed of 1500 m / min, a tension of 180 gf, a heat treatment furnace was removed, drawing was performed, and then cooling and coating were performed to manufacture an optical fiber.
After that, as in Example 1, the outer diameter reduction rate from the neck-down shape, the sample was made into a bundle state, 1.55 μm OTDR loss, the Rayleigh scattering coefficient from the loss wavelength characteristic, and the virtual temperature from the Raman scattering spectrum were measured.
The results of various measurements are shown by * in Table 5, FIG. 10 and FIG.

Figure 0004663277
Figure 0004663277

表５からも、熱処理炉を使用しなければ、損失を０．１８ｄＢ／ｋｍ以下にすることは難しいことが分かった。
残留応力分布についても、比較例１〜３同様、最外周クラッドにおいて、ほぼ全域で引張応力であるが、内側から外側に向けて、増加傾向を示した。さらに、最外周端部を含む残留応力は、圧縮応力へ転じていなかった（図示せず）。 Table 5 also shows that it is difficult to reduce the loss to 0.18 dB / km or less unless a heat treatment furnace is used.
Regarding the residual stress distribution, as in Comparative Examples 1 to 3, the tensile stress was almost entirely in the outermost cladding, but showed an increasing tendency from the inside to the outside. Furthermore, the residual stress including the outermost peripheral end portion did not turn to compressive stress (not shown).

本発明に係る光ファイバ素線は、光ファイバ素線の残留応力の径方向分布差が小さく、レーリ散乱も低く抑えられるので、シングルモードファイバ、分散シフトファイバ、カットオフシフトファイバ、分散補償ファイバのみならず、いかなる種類の光ファイバとしても好適に利用できる。
本発明の光ファイバ素線は、例えば、低損失な光ファイバであるから、長距離伝送システム用途として有用であるとともに、レーリ散乱係数が小さいことから損失の波長依存性も小さくなるので、光増幅システムや光ラマン増幅システムへの適用に好適である。 The optical fiber strand according to the present invention has a small difference in radial distribution of residual stress of the optical fiber strand and can suppress Rayleigh scattering, so that only a single mode fiber, a dispersion shift fiber, a cutoff shift fiber, and a dispersion compensation fiber are used. In addition, it can be suitably used as any type of optical fiber.
The optical fiber of the present invention is, for example, a low-loss optical fiber, so that it is useful for long-distance transmission system applications, and since the Rayleigh scattering coefficient is small, the wavelength dependence of loss is also small. It is suitable for application to a system or an optical Raman amplification system.

本発明に係る光ファイバ素線の製造方法は、最低限な熱処理を施すだけでよいので、必要以上の線引タワー高さが必要なく、従来の設備の改良で十分に対応可能であることから、多大な低コスト化が図れる。また、母材組成による粘度の違いを吸収できるので、低損失な線引条件を簡単に得ることができ、高い制御性において上述した光ファイバ素線を安定して作製できることから、光ファイバ素線を高い歩留まりで大量に生産する製造ラインが構築できる。さらには、幅広い線引速度に適応した生産が可能となる。   Since the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention requires only a minimum heat treatment, it does not require a drawing tower height that is higher than necessary, and can be adequately handled by improving conventional equipment. A great cost reduction can be achieved. In addition, since the difference in viscosity due to the base material composition can be absorbed, a low-loss drawing condition can be easily obtained, and the above-described optical fiber strand can be stably produced with high controllability. A production line can be constructed that produces a large quantity of products at a high yield. Furthermore, production adapted to a wide range of drawing speeds becomes possible.

本発明に係る光ファイバ素線を構成する光ファイバ裸線部分に生じた残留応力（以下、残留応力分布とも呼ぶ）を示すグラフである。It is a graph which shows the residual stress (henceforth a residual stress distribution) produced in the optical fiber bare wire | line part which comprises the optical fiber strand based on this invention. 工程Ｂにおける温度保持時間と仮想温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature holding time in process B, and virtual temperature. 仮想温度とレーリ散乱係数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between fictive temperature and a Rayleigh scattering coefficient. 損失と波長との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between loss and a wavelength. 損失を波長の４乗分の１に対してプロットしたグラフである。It is the graph which plotted loss against 1/4 of the wavelength. 位置とネックダウン外径との関係を示す第一のグラフである。It is a 1st graph which shows the relationship between a position and a neck down outer diameter. 外径と外径減少率との関係を示す第一のグラフである。It is a 1st graph which shows the relationship between an outer diameter and an outer diameter reduction rate. 位置とネックダウン外径との関係を示す第二のグラフである。It is a 2nd graph which shows the relationship between a position and a neck down outer diameter. 外径と外径減少率との関係を示す第二のグラフである。It is a 2nd graph which shows the relationship between an outer diameter and an outer diameter reduction rate. 位置とネックダウン外径との関係を示す第三のグラフである。It is a 3rd graph which shows the relationship between a position and a neck down outer diameter. 外径と外径減少率との関係を示す第三のグラフである。It is a 3rd graph which shows the relationship between an outer diameter and an outer diameter reduction rate. 位置とネックダウン外径との関係を示す第四のグラフである。It is a 4th graph which shows the relationship between a position and a neck down outer diameter. 外径と外径減少率との関係を示す第四のグラフである。It is a 4th graph which shows the relationship between an outer diameter and an outer diameter reduction rate. 位置とネックダウン外径との関係を示す第五のグラフである。It is a 5th graph which shows the relationship between a position and a neck down outer diameter. 外径と外径減少率との関係を示す第五のグラフである。It is a 5th graph which shows the relationship between an outer diameter and an outer diameter decreasing rate. 比較例４の残留応力分布を示すグラフである。10 is a graph showing a residual stress distribution of Comparative Example 4. 実施例５の残留応力分布を示すグラフである。10 is a graph showing a residual stress distribution of Example 5. 実施例４の残留応力分布を示すグラフである。6 is a graph showing a residual stress distribution of Example 4. 実施例３の残留応力分布を示すグラフである。6 is a graph showing a residual stress distribution of Example 3. 実施例２の残留応力分布を示すグラフである。6 is a graph showing a residual stress distribution of Example 2. 実施例１の残留応力分布を示すグラフである。3 is a graph showing a residual stress distribution of Example 1. 比較例１の残留応力分布を示すグラフである。6 is a graph showing a residual stress distribution in Comparative Example 1. 比較例２の残留応力分布を示すグラフである。6 is a graph showing a residual stress distribution of Comparative Example 2. 比較例３の残留応力分布を示すグラフである。10 is a graph showing a residual stress distribution of Comparative Example 3. 光ファイバ素線の製造装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of an optical fiber strand.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 光ファイバ母材、１２ 紡糸炉、１３ 光ファイバ裸線、１４ 冷却筒、１５ 被覆材塗布装置、１６ ＵＶランプ、１７ 光ファイバ素線、１８ ターンプーリ、１９ 引取機、２０ ダンサーロール、２１ 巻取ドラム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical fiber base material, 12 Spinning furnace, 13 Optical fiber bare wire, 14 Cooling cylinder, 15 Coating material coating device, 16 UV lamp, 17 Optical fiber strand, 18 Turn pulley, 19 Take-up machine, 20 Dancer roll, 21 Winding drum.

Claims (4)

コア部、及び、その周囲をなす少なくとも一層以上のクラッド層からなるクラッド部、から構成されてなる光ファイバ素線であって、
前記クラッド部のうち、最も外側に位置するクラッド層に接してその内側に配されるクラッド層をβ、最も外側に位置するクラッド層の内、前記βに接して配されるクラッド層をγ、前記γに接して配されると共に最外周端部を成しているクラッド層をδと定義したとき、前記γの領域内における光軸方向の残留応力の半径方向分布Ｓ（ｒ）は、その半径方向の全域において引張応力であり、かつ、内周側から外周側に向けて減少しており、前記δの領域内におけるＳ（ｒ）は、内周側から外周側に向けて引張応力から圧縮応力に反転している、ことを特徴とする光ファイバ素線。 An optical fiber composed of a core part and a clad part composed of at least one clad layer surrounding the core part,
Of the clad portions, β is a clad layer disposed in contact with the outermost clad layer, and γ is a clad layer disposed in contact with β among the clad layers located on the outermost side. When the cladding layer arranged in contact with γ and forming the outermost peripheral edge is defined as δ, the radial distribution S (r) of the residual stress in the optical axis direction in the region of γ is given by a tensile stress in all range of radial and has decreased toward the inner periphery side to the outer peripheral side, S (r) in the region of δ has a tensile from the inner peripheral side toward the outer circumferential side stress An optical fiber which is inverted from compressive stress to 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線。 2. The optical fiber according to claim 1, wherein a transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.18 dB / km or less. レーリ散乱係数が０．９２ｄＢ／ｋｍ／μｍ４以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ素線。 Optical fiber according to claim 1 or 2 Rayleigh scattering coefficient is equal to or less than 0.92dB / km / μm4. 光ファイバ母材を加熱し、溶融する工程Ａと、
前記工程Ａにより溶融された光ファイバ母材を引出し、光ファイバ裸線とする工程Ｂと、
を少なくとも備えてなる光ファイバ素線の製造方法であって、
前記工程Ｂは、光ファイバ母材を引出す際に熱処理を施すものであり、該熱処理は、仮想温度を略一定の数値に保つまでに要する時間が１秒より短い温度で行うものであり、該熱処理の温度は、１４００℃以上１６００℃以下とし、
前記工程Ｂにおいて、母材の外径が０．５ｍｍ以下となる領域で、１０３ ×ｄＤ／ｄＸが、０以上（１８．３×１０６×Ｄ２ −１．２×１０３×Ｄ）以下であることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
ただし、母材の外径＝Ｄ［ｍ］、
母材を引出す方向の距離＝Ｘ［ｍ］、
母材の外径減少率＝ｄＤ／ｄＸ。 Step A for heating and melting the optical fiber preform;
A step B of drawing the optical fiber preform melted in the step A to form a bare optical fiber; and
A method of manufacturing an optical fiber comprising at least
In the step B, heat treatment is performed when the optical fiber preform is drawn, and the heat treatment is performed at a temperature shorter than 1 second until the fictive temperature is maintained at a substantially constant value. The temperature of the heat treatment is 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower,
In the step B, 10 3 × dD / dX is 0 or more (18.3 × 10 6 × D 2 −1.2 × 10 3 × D) in the region where the outer diameter of the base material is 0.5 mm or less. The manufacturing method of the optical fiber strand characterized by the following.
However, the outer diameter of the base material = D [m],
Distance in the direction of drawing out the base material = X [m],
Base material outer diameter reduction rate = dD / dX.
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