WO2017073204A1 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

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WO2017073204A1
WO2017073204A1 PCT/JP2016/077719 JP2016077719W WO2017073204A1 WO 2017073204 A1 WO2017073204 A1 WO 2017073204A1 JP 2016077719 W JP2016077719 W JP 2016077719W WO 2017073204 A1 WO2017073204 A1 WO 2017073204A1
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optical fiber
temperature
slow cooling
glass
core
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北村　隆之
章公 今瀬
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株式会社フジクラ
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    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
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    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02718—Thermal treatment of the fibre during the drawing process, e.g. cooling
    • C03B37/02727—Annealing or re-heating
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    • C03B37/0253—Controlling or regulating
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02395—Glass optical fibre with a protective coating, e.g. two layer polymer coating deposited directly on a silica cladding surface during fibre manufacture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/55—Cooling or annealing the drawn fibre prior to coating using a series of coolers or heaters

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber manufacturing method.
  • the optical signal-to-noise ratio In order to increase the optical transmission distance and increase the optical transmission speed in an optical fiber communication system, the optical signal-to-noise ratio must be increased. Therefore, there is a demand for reduction in transmission loss of optical fibers.
  • transmission loss due to impurities contained in the optical fiber is almost reduced to the limit.
  • the main cause of the remaining transmission loss is scattering loss due to fluctuations in the structure and composition of the glass constituting the optical fiber. This is inevitable because the optical fiber is made of glass.
  • Patent Document 1 from the position where the outer diameter of the optical fiber having the core and the clad mainly composed of silica glass is smaller than 500% of the final outer diameter to the position where the temperature of the optical fiber is 1400 ° C. It is disclosed that the temperature of the heating furnace (slow cooling furnace) is set to be within ⁇ 100 ° C. with respect to the target temperature obtained by the recurrence formula in the region of 70% or more. By controlling the temperature history of the optical fiber in this way, the fictive temperature of the glass constituting the optical fiber is lowered and transmission loss is reduced.
  • the transmission loss due to light scattering of the resulting optical fiber is It also moves up and down about ⁇ 0.007 dB / km.
  • an excessive capital investment to make the slow cooling furnace longer than necessary is performed, or the drawing speed is lowered more than necessary to increase productivity. May be damaged.
  • the present inventors set the temperature of the slow cooling furnace appropriately, and the temperature difference between the fictive temperature of the glass constituting the optical fiber and the temperature of the optical fiber is appropriately controlled, whereby the structure of the glass constituting the optical fiber. It has been found that relaxation is promoted and transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the present invention intends to provide an optical fiber manufacturing method that can easily reduce the transmission loss of the optical fiber.
  • an optical fiber manufacturing method includes a drawing step of drawing an optical fiber preform in a drawing furnace, and a slow cooling of gradually cooling the optical fiber drawn in the drawing step. And in the slow cooling step, the optical fiber is passed through a plurality of slow cooling furnaces, the time constant of structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber is ⁇ (T), and the slow cooling step
  • T the time constant of structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber
  • T the time constant of structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber
  • the slow cooling step The temperature of the optical fiber at a certain point in time is T, the fictive temperature of the glass constituting the core at the certain point in time is T f 0 , and the fictive temperature of the glass constituting the core after a lapse of time ⁇ t from the certain point in time Is set to T f , the following formula (1) is established in an arbitrary period of the slow cooling step.
  • the present inventors gradually cool the optical fiber while the temperature difference between the temperature of the optical fiber and the fictive temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber is controlled within the predetermined range. It was found that the structural relaxation of the glass constituting the glass is promoted. By promoting the structural relaxation of the glass constituting the core, the scattering loss due to fluctuations in the structure of the glass constituting the core is reduced when light is transmitted to the core, so that the transmission loss of the optical fiber is reduced. Reduced.
  • a plurality of slow cooling furnaces are used in the slow cooling process as described above, and the set temperature of each slow cooling furnace is appropriately controlled, so that the temperature of the optical fiber and the virtual temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber are The temperature difference is easily controlled within the predetermined range. As a result, the structural relaxation of the glass constituting the core is promoted, and the transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the following formula (2) is satisfied in an arbitrary period of the slow cooling step.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) between the temperature T of the optical fiber and the fictive temperature T f of the glass constituting the core included in the optical fiber is controlled in a more suitable range in the slow cooling process.
  • the structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber is more easily promoted, and the transmission loss of the optical fiber is more easily reduced.
  • the set temperature of the nth slow cooling furnace from the upstream side is T sn
  • the glass constituting the core included in the optical fiber at the outlet of the nth slow cooling furnace from the upstream side when the virtual temperature T en it is preferable that the relationship of the following equation (3) holds.
  • a plurality of slow cooling furnaces are used in the slow cooling process, and the set temperature of each slow cooling furnace is controlled within a predetermined range with respect to the virtual temperature of the glass that constitutes the core at the outlet of each slow cooling furnace.
  • the temperature difference between the temperature and the fictive temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber is easily controlled within a predetermined range. As a result, the structural relaxation of the glass constituting the core is promoted, and the transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the following formula (4) is satisfied in the manufacturing method of the optical fiber of the present invention.
  • the effect of promoting the structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber is more easily increased, and the transmission loss of the optical fiber is increased. Is more likely to be reduced.
  • the temperature difference between the set temperature and the fictive temperature of the glass constituting the core at the outlet is higher in the slow cooling furnace provided in the downstream side than the slow cooling furnace provided in the upstream side. Is preferably small.
  • the present inventors have found that when the temperature of the glass is lowered, the structural relaxation of the glass is more easily promoted when the temperature difference between the fictive temperature of the glass and the temperature of the glass is reduced. Therefore, by setting the temperature of the slow cooling furnace so that the temperature difference between the set temperature and the fictive temperature of the glass constituting the core at the outlet is smaller than the slow cooling furnace provided on the downstream side than the slow cooling furnace provided on the upstream side, The structural relaxation of the glass constituting the core can be promoted efficiently. As a result, the transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the optical fiber stays in one of the plurality of slow cooling furnaces at least at a time when the temperature of the optical fiber is in the range of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.
  • the fictive temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber is easily lowered in a short time, and the transmission loss of the optical fiber is reduced. It becomes easy to be done.
  • an optical fiber manufacturing method that can easily reduce transmission loss of an optical fiber is provided.
  • Optimized temperature difference shown by the solid line in FIG. 5 and (T f -T), and upper and lower limits of the temporal change of the temperature difference transmission loss does not increase in loss 0.001 dB / miles or more due to scattering (T f -T) It is a graph which shows. It is a graph which shows the set temperature of each slow cooling furnace, the virtual temperature of the glass optimized in the exit of each slow cooling furnace, and the virtual temperature in the exit of each slow cooling furnace of the glass which passes virtual temperature history.
  • FIG. 1 is a flowchart showing the steps of an optical fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the optical fiber manufacturing method of the present embodiment includes a drawing process P1, a pre-cooling process P2, a slow cooling process P3, and a rapid cooling process P4.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of an apparatus used in the optical fiber manufacturing method of the present embodiment.
  • the drawing process P1 is a process of drawing one end of the optical fiber preform 1P in the drawing furnace 110.
  • an optical fiber preform 1P made of glass having the same refractive index distribution as the core and clad constituting the desired optical fiber 1 is prepared.
  • the optical fiber 1 has one or a plurality of cores and a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap.
  • the core and the cladding are each made of silica glass, and the refractive index of the core is higher than the refractive index of the cladding.
  • the cladding is made of pure silica glass.
  • the cladding is made of silica glass to which a dopant such as fluorine that lowers the refractive index is added.
  • the optical fiber preform 1P is suspended so that the longitudinal direction is vertical. Then, the optical fiber preform 1P is placed in the drawing furnace 110, and the heating unit 111 is heated to heat the lower end portion of the optical fiber preform 1P. At this time, the lower end portion of the optical fiber preform 1P is heated to, for example, 2000 ° C. to be in a molten state. Then, the glass melted from the lower end portion of the heated optical fiber preform 1P is drawn from the drawing furnace 110 at a predetermined drawing speed.
  • the pre-cooling process P2 is a process of cooling the optical fiber drawn from the drawing furnace 110 in the drawing process P1 so as to have a predetermined temperature suitable for being sent to the slow cooling furnace 121 described later.
  • the predetermined temperature of the optical fiber suitable for being sent to the slow cooling furnace 121 will be described in detail later.
  • the pre-cooling step P2 is performed by passing the optical fiber drawn in the drawing step P1 through the hollow portion of the cylindrical body 120 provided immediately below the drawing furnace 110. Is called.
  • the atmosphere in the hollow portion of the cylindrical body 120 becomes substantially the same as the atmosphere in the drawing furnace 110. Therefore, it is possible to suppress an abrupt change in the atmosphere and temperature around the optical fiber immediately after being drawn.
  • the temperature of the optical fiber sent to the slow cooling furnace 121 is mainly determined by the drawing speed and the atmosphere in the drawing furnace 110.
  • the cooling rate of the optical fiber can be further finely adjusted, and the temperature of the optical fiber entering the slow cooling furnace 121 can be easily adjusted to an appropriate range.
  • the distance between the slow cooling furnace 121 and the drawing furnace 110 and the length of the cylindrical body 120 are appropriately set. You can choose.
  • the cylindrical body 120 is comprised by the metal pipe etc., for example.
  • the cooling rate of the optical fiber may be adjusted by air-cooling the metal tube or arranging a heat insulating material around the metal tube.
  • the slow cooling step P3 is a step of gradually cooling the optical fiber drawn in the drawing step P1.
  • the temperature of the optical fiber is adjusted through the pre-cooling step P2, and is gradually cooled in the slow cooling step P3.
  • the optical fiber is passed through a plurality of slow cooling furnaces 121a, 121b, 121c, and 121d.
  • slow cooling furnace 121 when all of the slow cooling furnaces are included, or when it is not necessary to distinguish each of the slow cooling furnaces, there are cases where they are simply referred to as “slow cooling furnace 121”.
  • the number of slow cooling furnaces is not particularly limited as long as the number is slow.
  • the fact that there are a plurality of slow cooling furnaces means that there are a plurality of heat generating parts that can be set to different temperatures. For example, even if housed in one housing, it can be said that there are a plurality of slow cooling furnaces provided that a plurality of heat generating parts that can be set to different temperatures are provided.
  • the inside of the slow cooling furnace 121 is set to a predetermined temperature different from the temperature of the optical fiber entering, and the cooling rate of the optical fiber is lowered by the temperature around the optical fiber entering the slow cooling furnace 121.
  • the temperature of the optical fiber at the time of entering the slow cooling furnace is not sufficiently optimized.
  • the optical fiber may be inserted into a slow cooling furnace in a state where the temperature of the optical fiber is too high or too low. If the temperature of the optical fiber entering the slow cooling furnace is too high, the rate of relaxation of the glass structure constituting the optical fiber is very fast, so that it is almost impossible to expect the effect of slowly cooling the optical fiber. On the other hand, if the temperature of the optical fiber entering the slow cooling furnace is too low, the rate of relaxation of the glass structure that constitutes the optical fiber becomes slow, so that it may be necessary to reheat the optical fiber in the slow cooling furnace.
  • the temperature of the slow cooling furnace 121 is appropriately set, and the virtual temperature and light of the glass constituting the core included in the optical fiber.
  • the temperature difference from the fiber temperature structural relaxation of the glass constituting the core is promoted.
  • the manufacturing method of the optical fiber of this embodiment complicated calculation like the technique disclosed by the cited reference 1 mentioned above is not required at the time of manufacture.
  • the structural relaxation time constant ⁇ (T) which is considered to be due to the viscous flow of the glass, follows the Arrhenius equation. Therefore, the time constant ⁇ (T) is expressed as the following equation (5) as a function of the glass temperature T by using the constant A determined by the glass composition and the activation energy E act . Note that k B is a Boltzmann constant. (Here, T is the absolute temperature of the glass.)
  • FIG. 3 shows the relationship between the glass temperature when the glass is slowly cooled and the fictive temperature of the glass and time.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents temperature.
  • the solid line shows the temperature transition of the glass under a certain slow cooling condition
  • the broken line shows the transition of the fictive temperature of the glass at that time.
  • the dotted line shows the temperature transition of the glass when the cooling rate is made slower than the slow cooling condition shown by the solid line
  • the alternate long and short dash line shows the transition of the virtual temperature of the glass at that time.
  • the temperature difference between the glass temperature and the fictive temperature of the glass becomes small, and the fictive temperature of the glass becomes lower than the example described above. That is, when the glass cooling rate is made moderate, the structural relaxation of the glass is easily promoted.
  • the fictive temperature of the glass when the glass temperature is high, the glass structure relaxes quickly. However, since the fictive temperature of the glass never becomes lower than the glass temperature, the fictive temperature of the glass remains high when the glass temperature is high. That is, if the temperature of the glass is too high, there are few effects due to slow cooling. From such a viewpoint, the temperature of the optical fiber staying in the slow cooling furnace 121 is preferably 1600 ° C. or less, and more preferably 1500 ° C. or less. On the other hand, when the temperature of the glass is low, the fictive temperature decreases to a lower temperature, but the rate of decrease of the fictive temperature is slow. That is, if the glass temperature is too low, it takes time for slow cooling to sufficiently lower the fictive temperature.
  • the temperature of the optical fiber staying in the slow cooling furnace 121 is preferably 1300 ° C. or higher, and more preferably 1400 ° C. or higher. Therefore, it is preferable that the optical fiber stays in the slow cooling furnace 121 at least at a time when the temperature of the optical fiber is in the range of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.
  • the virtual temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber is lowered in a short time by gradually cooling the optical fiber. The transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the structural relaxation time constant of the glass constituting the core included in the optical fiber is ⁇ (T)
  • T the temperature of the optical fiber at a certain point in the slow cooling process P3
  • T the virtual of the glass constituting the core at the certain point in time.
  • T f 0 the fictive temperature T f of the glass constituting the core after the lapse of time ⁇ t from the certain time point is expressed as the following formula (6) from the above formula (5).
  • ⁇ t is a minute time
  • T during that time is assumed to be constant.
  • the virtual temperature T f of the glass constituting the core is not only dependent on the constant tau (T) when the structural relaxation, the fictive temperature T f and the optical fiber of the glass constituting the core
  • the temperature difference (T f ⁇ T) from the temperature T depends on the temperature difference (T f 0 ⁇ T) between the fictive temperature T f 0 of the glass constituting the core and the temperature T of the optical fiber at a certain point in time. Recognize.
  • the structural relaxation time constant ⁇ (T) is the temperature difference (T f ⁇ T) between the glass fictive temperature T f and the glass temperature T when the fictive temperature is T f 0 and the glass temperature is T. Is defined as the time until 1 / e, and as the temperature difference (T f 0 ⁇ T) increases to some extent, the change in the virtual temperature T f per unit time increases.
  • T f 0 T
  • the temperature T of the optical fiber is lowered, and considering the condition that the temperature difference (T f 0 -T) between the fictive temperature T f 0 of the glass constituting the core and the temperature T of the optical fiber increases, the core is configured.
  • the time constant ⁇ (T) of the structural relaxation of the glass increases, the rate of change of the fictive temperature T f per unit time ((T f ⁇ T f 0 ) / ⁇ t) increases negatively.
  • this time Gradually increases the structural relaxation time constant ⁇ (T) of the glass constituting the core and decreases the absolute value of the fictive temperature T f change per unit time ((T f ⁇ T f 0 ) / ⁇ t). That is, as shown in the peak in the graph of FIG.
  • the glass temperature T when the fictive temperature Tf of the glass can be reduced most efficiently can be obtained.
  • the glass temperature at which the fictive temperature Tf of the glass can be reduced most efficiently may be referred to as “optimized glass temperature”, and the fictive temperature that has been reduced most efficiently is “optimized”.
  • optical temperature Sometimes called “virtual temperature”.
  • the unit time of the fictive temperature T f of the glass The hit change is the largest. That is, when considering the virtual temperature T f after a certain time ⁇ t elapses in the glass at the virtual temperature T f 0 , there exists a glass temperature T at which the virtual temperature T f can be minimized.
  • FIG. 5 shows changes with time in the temperature difference (T f ⁇ T) from the fiber temperature T.
  • the vertical axis represents the temperature difference (T f ⁇ T) between the value when the fictive temperature T f of the glass constituting the core becomes the minimum value and the temperature T of the optical fiber at that time, and the horizontal axis. Is the slow cooling time of the optical fiber.
  • the graph indicated by the solid line is the constant A and activation described in Non-Patent Document 1 (K.
  • the slow cooling step P3 is performed immediately after the optical fiber preform 1P is heated and melted in the drawing step P1.
  • T 0 of the optical fiber in the initial slow cooling is 1800 ° C.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) should be gradually increased, and the temperature difference (T f ⁇ T) should be gradually decreased in the time region after approximately 0.01 seconds.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) is preferably less than 60 ° C. in all time regions, and the temperature difference (T f ⁇ T) is higher than approximately 40 ° C. and less than approximately 60 ° C. in most time regions.
  • the fictive temperature Tf of the glass constituting the core is efficiently lowered by controlling the temperature T of the optical fiber so as to maintain the temperature. Further, the time when the temperature difference (T f ⁇ T) shown in FIG. 5 becomes maximum is the constant A and the activation energy E act in the above formula (5) and the initial stage of slow cooling (when the slow cooling time is 0 second). Although it slightly depends on the temperature T 0 of the optical fiber and the fictive temperature T f 0 of the glass constituting the core, it is approximately 0.01 seconds.
  • a temperature difference (T f ⁇ T) between the fictive temperature of the glass constituting the core and the temperature of the optical fiber is generated to some extent.
  • the slow cooling process P3 the structural relaxation of the glass constituting the core can be efficiently performed by effectively using the length of the slow cooling furnace 121.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) between the fictive temperature of the glass constituting the core and the temperature of the optical fiber is approximately higher than 40 ° C. and lower than 60 ° C. It is preferable to perform the precooling step P2 and then start the slow cooling step P3 because the length of the slow cooling furnace 121 can be used effectively.
  • the temperature difference (T f ⁇ ) can be seen that the fictive temperature of the glass can be efficiently reduced when T) is in the range of higher than 40 ° C and lower than 60 ° C. Therefore, in the case of a general optical fiber whose so-called dopant concentration is low and whose main component is silica glass, the temperature difference (T f ⁇ T) between the fictive temperature of the glass constituting the optical fiber and the temperature of the optical fiber is 40. By gradually cooling the optical fiber under the condition of higher than 60 ° C.
  • the fictive temperature of the glass constituting the optical fiber can be efficiently lowered.
  • the fictive temperature can be lowered efficiently in any of a core made of silica glass doped with a dopant such as G e O 2 and a clad made of substantially pure silica glass.
  • T f ⁇ T the temperature difference between the temperature T of the optical fiber and the fictive temperature T f of the glass constituting the core included in the optical fiber in an arbitrary period from the start to the end of the slow cooling process P3.
  • ⁇ (T) is the time constant for structural relaxation of the glass constituting the core
  • T is the temperature of the optical fiber at a certain point in the slow cooling step P3
  • T is the virtual temperature of the glass constituting the core at the certain point.
  • T f is the fictive temperature of the glass constituting the core after the passage of time ⁇ t from the certain time point
  • T f the fictive temperature of the glass constituting the core after the passage of time ⁇ t from the certain time point
  • the following formula (2) is satisfied.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) between the temperature T of the optical fiber and the fictive temperature T f of the glass constituting the core included in the optical fiber is controlled within a predetermined range in the slow cooling step P3.
  • the structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber is more easily promoted. Therefore, the transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • a plurality of slow cooling furnaces 121 are used in the slow cooling process P3, and the set temperature of each slow cooling furnace 121 is appropriately controlled, so that the temperature of the optical fiber and the light
  • the temperature difference (T f ⁇ T) from the fictive temperature of the glass constituting the core included in the fiber is easily controlled within the predetermined range.
  • T f ⁇ T The temperature difference from the fictive temperature of the glass constituting the core included in the fiber
  • the condition of -T) is as described above, but the transmission loss of the optical fiber can be sufficiently reduced even under the conditions described below.
  • the fictive temperature T f of the glass constituting the core included in the optical fiber and the transmission loss of the optical fiber are linked by the following relational expression.
  • the Rayleigh scattering coefficient R r is proportional to the fictive temperature T f of the glass constituting the core, and the transmission loss ⁇ T due to Rayleigh scattering is represented by the following formula (9), where the wavelength of the transmitted light is ⁇ [ ⁇ m].
  • Non-Patent Document 2 K. Saito, et al., Applied Physics Letters, Vol. 83, pp. 5175-5177 (2003)
  • B 4.0 ⁇ 10 ⁇ 4 dB / km / ⁇ m 4 / K.
  • T f of the glass constituting the core 1.55 ⁇ m
  • the transmission loss ⁇ T due to Rayleigh scattering increases by about 0.001 dB / km.
  • the error from the fictive temperature T f of the glass constituting the core when it is most efficiently lowered can be suppressed to less than 14 ° C.
  • the increase in transmission loss ⁇ T due to Rayleigh scattering is less than 0.001 dB / km. Can be suppressed.
  • the fictive temperature T f of the glass constituting the core may be entered into the slow cooling furnace 121 under a temperature condition that is higher than 20 ° C. and lower than 100 ° C.
  • the increase relative to the scattering loss expected from the fictive temperature T f of the glass constituting the core is less than 0.001 dB / km.
  • the temperature difference when suppressed to can be predicted from the recurrence formula (6).
  • the fictive temperature T f 0 of the glass constituting the core of the optical fiber in the initial slow cooling (when the slow cooling time is 0 second) is 1800 ° C., and the temperature difference (T f ⁇ T) is substantially constant during the slow cooling step P3.
  • the temperature difference (T f ⁇ T) shown by the solid line in FIG. 5 is shown again by the solid line.
  • the upper limit of the change over time of the temperature difference (T f ⁇ T) at which the transmission loss due to scattering does not increase by 0.001 dB / km or more is indicated by a broken line, and the lower limit is indicated by a one-dot chain line.
  • the constant A and the activation energy E act are shown in Non-Patent Document 1 (K. Saito, et al., Journal of the American Ceramic Society, Vol. 89, pp. 65-69 (2006)). Use the value. From the results shown in FIG.
  • the slow cooling furnace 121 is used to control the temperature history of the optical fiber so that the temperature difference (T f ⁇ T) is in the range of higher than 20 ° C. and lower than 100 ° C. in the time region after approximately 0.01 seconds.
  • T f ⁇ T the temperature difference
  • the fictive temperature of the glass constituting the core is suppressed to a range that does not rise above about 14 ° C..
  • the transmission loss can be suppressed to an increase of 0.001 dB / km or less with respect to the value under the optimized condition that can be reduced most.
  • the temperature difference (T f ⁇ ) between the temperature T of the optical fiber and the virtual temperature T f of the glass constituting the core included in the optical fiber is maintained in a range higher than 20 ° C. and lower than 100 ° C., structural relaxation of the glass constituting the core included in the optical fiber is easily promoted, and transmission loss of the optical fiber is easily reduced. That is, the following formula (1) is preferably satisfied.
  • the optical fiber is passed through the plurality of slow cooling furnaces 121, the set temperature of the nth slow cooling furnace 121 from the upstream side is T sn , and the slow cooling time until it reaches the outlet of the nth slow cooling furnace 121 from the upstream side when the fictive temperature of the glass constituting the core and the T en in, so that satisfied the relationship of the following formula (3).
  • the optical fiber is gradually cooled while the temperature difference between the temperature of the optical fiber and the fictive temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber is controlled within a predetermined range, thereby configuring the core.
  • the relaxation of the glass structure is promoted.
  • the scattering loss due to fluctuations in the structure of the glass constituting the core is reduced when light is transmitted to the core, so that the transmission loss of the optical fiber is reduced. Reduced.
  • a plurality of slow cooling furnaces 121 are used in the slow cooling step P3, and predetermined with respect to the virtual temperature of the glass constituting the core in the slow cooling time until the set temperature of each slow cooling furnace 121 reaches the outlet of each slow cooling furnace 121
  • the temperature difference between the temperature of the optical fiber and the fictive temperature of the glass constituting the core included in the optical fiber can be easily controlled within a predetermined range.
  • the structural relaxation of the glass constituting the core is promoted, and the transmission loss of the optical fiber is reduced. This will be specifically described below with reference to FIG.
  • FIG. 7 shows changes in the optimized fictive temperature (solid line) of the glass constituting the core, calculated from Equation (5) when the temperature and fictive temperature of the glass constituting the core are 1800 ° C. as initial values. Shown are the set temperature (one-dot chain line) of the slow cooling furnaces 121a, 121b, 121c, 121d and the expected virtual temperature of the glass constituting the core in the slow cooling time until reaching the outlet of the slow cooling furnaces 121a, 121b, 121c, 121d Yes. In the example shown in FIG. 7, it is assumed that each slow cooling furnace 121 has a length of 0.5 m and a drawing speed of 20 m / sec. As indicated by triangles ( ⁇ ) in FIG.
  • each slow cooling furnace 121 when the optical fiber exits each slow cooling furnace 121, that is, when the slow cooling time is 0.025 seconds, 0.050 seconds, 0.075 seconds, 0.100 seconds.
  • the optimized fictive temperatures T f of the glass constituting the core are calculated as 1556 ° C., 1515 ° C., 1492 ° C. and 1476 ° C., respectively.
  • the set temperature of the slow cooling furnace 121a, 121b, 121c, 121d is set as shown by a one-dot chain line in FIG. That is, the temperature of each slow cooling furnace 121 is set to a temperature that is 50 ° C.
  • FIG. 7 is expected to have a virtual temperature indicated by a circle ( ⁇ ).
  • the actual virtual temperature is slightly higher than the ideal virtual temperature indicated by the triangle ( ⁇ ) and is higher than the virtual temperature indicated by the circle ( ⁇ ). Slightly lower, but acceptable error.
  • the difference between the fictive temperature of the glass after the fictive temperature history after slow cooling for 0.100 seconds and the optimized fictive temperature is 12 ° C., and the scattering loss is 0.001 dB / It must be less than km.
  • the slow cooling furnace 121 provided on the downstream side has a smaller difference between the set temperature and the fictive temperature of the glass constituting the core at the outlet than the slow cooling furnace 121 provided on the upstream side. For example, as indicated by the solid line in FIG.
  • the temperature of the glass at the slow cooling time of 0.025 seconds, 0.050 seconds, 0.075 seconds, and 0.100 seconds and the appropriateness of the glass constituting the core
  • the differences from the converted fictive temperature are 59 ° C., 56 ° C., 55 ° C., and 54 ° C., respectively, and the temperature difference is preferably smaller as it goes downstream.
  • the temperature of the slow cooling furnace is set so that the temperature difference between the set temperature and the fictive temperature of the glass constituting the core at the outlet is smaller in the slow cooling furnace provided in the downstream side than in the slow cooling furnace provided in the upstream side.
  • the structural relaxation of the glass constituting the core can be promoted efficiently. As a result, the transmission loss of the optical fiber is easily reduced.
  • the relationship between the fictive temperature T f of the glass constituting the core and the temperature T of the optical fiber when it is most efficiently lowered depends only on the slow cooling time t, the slow cooling time t, and the length L of the slow cooling furnace. And the drawing speed v can be linked by the relationship of the following formula (10).
  • the required length L of the slow cooling furnace can be obtained by setting the target virtual temperature T f of the glass constituting the core included in the manufactured optical fiber and determining the drawing speed v in consideration of productivity. .
  • the slow cooling time t is required to be about 0.1 seconds in order to set the fictive temperature Tf to 1500 ° C.
  • the length L of the slow cooling furnace must be 2 m. I understand.
  • the slow cooling time t is required to be about 0.4 seconds in order to set the virtual temperature Tf to 1400 ° C., when the drawing speed v is set to 10 m / second, the length L of the slow cooling furnace is 4 m.
  • the drawing speed v is preferably selected in the range of about 10 m / sec to 50 m / sec
  • the slow cooling furnace length L is preferably selected in the range of about 1 m to 10 m
  • the slow cooling time t is 1 second or less. It is preferable to do.
  • ⁇ Rapid cooling process P4> After the slow cooling step P3, the optical fiber is covered with a coating layer in order to enhance the damage resistance and the like.
  • This coating layer is usually made of an ultraviolet curable resin.
  • the optical fiber In order to form such a coating layer, the optical fiber needs to be cooled to a sufficiently low temperature in order to prevent burning of the coating layer.
  • the temperature of the optical fiber affects the viscosity of the resin to be applied, and consequently the thickness of the coating layer.
  • the appropriate temperature of the optical fiber when forming the coating layer is appropriately determined according to the properties of the resin constituting the coating layer.
  • the slow cooling furnace 121 is provided between the drawing furnace 110 and the coating apparatus 131, so that the section for sufficiently cooling the optical fiber is shortened.
  • the optical fiber manufacturing method of the present embodiment also includes the pre-cooling step P2, the section for sufficiently cooling the optical fiber is further shortened. Therefore, the optical fiber manufacturing method of the present embodiment includes a rapid cooling process P4 in which the optical fiber exiting the slow cooling furnace 121 is rapidly cooled by the cooling device 122. In the rapid cooling process P4, the optical fiber is cooled more rapidly than in the slow cooling process P3. By providing such a rapid cooling process P4, the temperature of the optical fiber can be sufficiently lowered in a short section, and thus it becomes easy to form a coating layer.
  • the temperature of the optical fiber when leaving the cooling device 122 is, for example, 40 ° C. to 50 ° C.
  • the optical fiber cooled to a predetermined temperature through the cooling device 122 as described above passes through the coating device 131 containing the ultraviolet curable resin serving as a coating layer covering the optical fiber, and is coated with the ultraviolet curable resin. Is done. Further, when passing through the ultraviolet irradiation device 132 and being irradiated with ultraviolet rays, the ultraviolet curable resin is cured and a coating layer is formed, whereby the optical fiber 1 is obtained.
  • the covering layer is usually composed of two layers. When two coating layers are formed, two coating layers can be formed by coating the optical fiber with the ultraviolet curable resin constituting each layer and then curing the ultraviolet curable resin at a time. Alternatively, the second coating layer may be formed after the first coating layer is formed. Then, the direction of the optical fiber 1 is changed by the turn pulley 141 and is taken up by the reel 142.
  • the optical fiber manufacturing method of the present invention only needs to include the drawing step and the slow cooling step described above, and the precooling step and the rapid cooling step are not essential components.
  • the manufacturing method of the optical fiber of this invention is applicable to manufacture of all kinds of optical fibers.
  • the optical fiber manufacturing method of the present invention includes not only an optical fiber mainly composed of silica glass but also a method for manufacturing an optical fiber mainly composed of other materials such as chalcogenide glass and fluorine-based glass.
  • the present invention is applicable if the constant A and the activation energy E act in Equation (5) are obtained.
  • an optical fiber manufacturing method capable of manufacturing an optical fiber with reduced transmission loss is provided and can be used in the field of optical fiber communication. It can also be used for fiber laser devices and other devices using optical fibers.

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Abstract

光ファイバ用母材１Ｐを線引炉１１０において線引きする線引工程Ｐ１と、線引工程Ｐ１において引き出された光ファイバを徐冷する徐冷工程Ｐ３と、を備え、徐冷工程Ｐ３において、光ファイバは複数の徐冷炉１２１に通され、光ファイバに含まれるを構成するガラスの構造緩和の時定数をτ（Ｔ）、徐冷工程Ｐ３におけるある時点での光ファイバの温度をＴ、ある時点でのコアを構成するガラスの仮想温度をＴｆ ０、ある時点から時間Δｔ経過後のコアを構成するガラスの仮想温度をＴｆとしたとき、下記式（１）が成り立つことを特徴とする。 20℃<Ｔｆ-Ｔ=(Ｔｆ ０-Ｔ)exp(-Δｔ/τ(Ｔ))<100℃・・・（１）

Description

光ファイバの製造方法
　本発明は、光ファイバの製造方法に関する。
　光ファイバ通信システムにおいて光伝送距離の長距離化や光伝送速度の高速化を図るためには、光信号ノイズ比が高められなければない。そのため、光ファイバの伝送損失の低減が求められている。光ファイバの製造方法が高度に洗練されている現在では、光ファイバに含まれる不純物による伝送損失はほぼ限界まで低下していると考えられている。残る伝送損失の主な原因は、光ファイバを構成するガラスの構造や組成の揺らぎに伴う散乱損失である。これは光ファイバがガラスで構成されているが故に不可避なものである。
　ガラスの構造の揺らぎを低減する方法としては、溶融したガラスを冷却する際に緩やかに冷却することが知られている。このように溶融したガラスを緩やかに冷却する方法として、線引炉から線引きされた直後の光ファイバを徐冷することが試みられている。具体的には、線引炉から線引きした光ファイバを徐冷炉で加熱したり、線引きした直後の光ファイバを断熱材で囲んだりして、光ファイバの冷却速度を低下させることが検討されている。
　下記特許文献１には、シリカガラスを主成分とするコアとクラッドを有する光ファイバの外径が最終外径の５００％より小さくなる位置から光ファイバの温度が１４００℃になる位置までのうちの７０％以上の領域において、漸化式で求められる目標温度に対して±１００℃以下となるように加熱炉（徐冷炉）の温度を設定することが開示されている。このように光ファイバの温度履歴が制御されることによって、光ファイバを構成するガラスの仮想温度が低下して伝送損失が低減されるとしている。
特開２０１４－６２０２１号公報
　しかし、上記特許文献１に開示されている技術では、漸化式で求められる理想的な温度変化に光ファイバの温度を合わせるために複雑な計算を繰り返すことが求められる。また、特許文献１に開示されている技術では、光ファイバの温度が漸化式で求められる目標温度に対して±５０℃～１００℃もずれることを許容している。このような広い範囲で光ファイバの温度のずれが許容されると、温度履歴が十分に適正化されているとは言い難い。例えば、徐冷される光ファイバの温度が±１００℃の範囲で変化し、光ファイバを構成するガラスの仮想温度も同様の範囲で変化したとすると、得られる光ファイバの光散乱による伝送損失は±０．００７ｄＢ／ｋｍ程度も上下することになる。このような光ファイバの温度履歴が十分に適正化されていない従来の製造方法では、徐冷炉を必要以上に長くする過剰な設備投資が行われたり、線引速度を必要以上に低下させて生産性が損なわれたりする。
　本発明者らは、徐冷炉の温度を適切に設定し、光ファイバを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差が適切に制御されることによって、光ファイバを構成するガラスの構造緩和が促進され、光ファイバの伝送損失が低減され易くなることを見出した。
　そこで、本発明は、光ファイバの伝送損失を低減させることが容易な光ファイバの製造方法を提供しようとするものである。
　上記課題を解決するため、本発明の光ファイバの製造方法は、光ファイバ用母材を線引炉において線引きする線引工程と、前記線引工程において引き出された光ファイバを徐冷する徐冷工程と、を備え、前記徐冷工程において、前記光ファイバは複数の徐冷炉に通され、前記光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和の時定数をτ（Ｔ）、前記徐冷工程におけるある時点での前記光ファイバの温度をＴ、前記ある時点での前記コアを構成するガラスの仮想温度をＴｆ ０、前記ある時点から時間Δｔ経過後の前記コアを構成するガラスの仮想温度をＴｆとしたとき、前記徐冷工程の任意の期間において下記式（１）が成り立つことを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　本発明者らは、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が上記所定の範囲に制御された状態で光ファイバが徐冷されることによって、コアを構成するガラスの構造緩和が促進されることを見出した。コアを構成するガラスの構造緩和が促進されることによって、コアに光が伝送される際にコアを構成するガラスの構造の揺らぎに起因する散乱損失が低減されるので、光ファイバの伝送損失が低減される。また、上記のように徐冷工程において複数の徐冷炉が用いられ、各徐冷炉の設定温度が適切に制御されることによって、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が上記所定の範囲に制御され易くなる。その結果、コアを構成するガラスの構造緩和が促進され、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　また、本発明の光ファイバの製造方法は、前記徐冷工程の任意の期間において下記式（２）が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　このように徐冷工程において光ファイバの温度Ｔと当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）がより適した範囲に制御されることによって、当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和がより促進され易くなり、光ファイバの伝送損失がより低減され易くなる。
　また、本発明の光ファイバの製造方法は、上流側からｎ番目の前記徐冷炉の設定温度をＴｓｎ、上流側からｎ番目の前記徐冷炉の出口における前記光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度をＴｅｎとするとき、下記式（３）の関係が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　上記のように徐冷工程において複数の徐冷炉が用いられ、各徐冷炉の設定温度が各徐冷炉の出口におけるコアを構成するガラスの仮想温度に対して所定の範囲に制御されることによって、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が所定の範囲に制御され易くなる。その結果、コアを構成するガラスの構造緩和が促進され、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　また、本発明の光ファイバの製造方法は、下記式（４）が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　このように複数の徐冷炉の設定温度がそれぞれより適切な範囲に制御されることによって、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和の促進効果がより増大され易くなり、光ファイバの伝送損失がより低減され易くなる。
　また、本発明の光ファイバの製造方法は、上流側に備えられる前記徐冷炉よりも下流側に備えられる前記徐冷炉の方が、設定温度と出口における前記コアを構成するガラスの仮想温度との温度差が小さいことが好ましい。
　本発明者らは、ガラスの温度が低くなるとガラスの仮想温度とガラスの温度との温度差を小さくした方がガラスの構造緩和が促進されやすいことを見出した。従って、上流側に備えられる徐冷炉よりも下流側に備えられる徐冷炉の方が設定温度と出口におけるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が小さくなるように徐冷炉の温度を設定することによって、効率良くコアを構成するガラスの構造緩和を促進させることができる。その結果、光ファイバの伝送損失がより低減され易くなる。
　また、前記光ファイバの温度が１３００℃以上１５００℃以下の範囲にあるときの少なくとも一時期に前記光ファイバが前記複数の徐冷炉のいずれかに滞在することが好ましい。光ファイバの温度がこの範囲にあるときに光ファイバが徐冷されることによって、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度が短時間で低下され易くなり、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　以上のように、本発明によれば、光ファイバの伝送損失を低減させることが容易な光ファイバの製造方法が提供される。
本発明の光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の光ファイバの製造方法に用いる装置の構成を概略的に示す図である。 ガラスの温度及び当該ガラスの仮想温度と徐冷時間との関係を示すグラフである。 ガラスの仮想温度とガラスの温度との温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）と、ガラスの仮想温度の単位時間当たりの低下速度（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ）と、の関係を示すグラフである。 ガラスの仮想温度とガラスの温度との温度差の時間変化を示すグラフである。 図５に実線で示す適正化された温度差（Ｔｆ－Ｔ）と、散乱による伝送損失が０．００１ｄＢ／ｋｍ以上損失増加しない温度差（Ｔｆ－Ｔ）の経時変化の上限及び下限とを示すグラフである。 各徐冷炉の設定温度、各徐冷炉の出口における適正化されたガラスの仮想温度、及び、仮想的な温度履歴を経るガラスの各徐冷炉の出口における仮想温度を示すグラフである。
　以下、本発明に係る光ファイバの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、一つの実施形態に係る本発明の光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態の光ファイバの製造方法は、線引工程Ｐ１と、予冷工程Ｐ２と、徐冷工程Ｐ３と、急冷工程Ｐ４と、を備える。以下、これらの各工程について説明する。なお、図２は本実施形態の光ファイバの製造方法に用いる装置の構成を概略的に示す図である。
　＜線引工程Ｐ１＞
　線引工程Ｐ１は、線引炉１１０において光ファイバ用母材１Ｐの一端を線引きする工程である。まず、所望の光ファイバ１を構成するコア及びクラッドと同じ屈折率分布を持つガラスで構成される光ファイバ用母材１Ｐを準備する。光ファイバ１は、１つ又は複数のコア及びコアの外周面を隙間なく囲むクラッドを有する。また、コア及びクラッドはそれぞれシリカガラスからなり、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高くされる。例えば、コアが屈折率を高くするゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成る場合、クラッドは純粋なシリカガラスで構成される。また、例えば、コアが純粋なシリカガラスから成る場合、クラッドは屈折率を低くするフッ素等のドーパントが添加されたシリカガラスで構成される。
　次に、光ファイバ用母材１Ｐを長手方向が垂直となるように懸架する。そして、光ファイバ用母材１Ｐを線引炉１１０に配置し、加熱部１１１を発熱させて光ファイバ用母材１Ｐの下端部を加熱する。このとき光ファイバ用母材１Ｐの下端部は、例えば２０００℃に加熱されて溶融状態となる。そして、加熱された光ファイバ用母材１Ｐの下端部から溶融したガラスを所定の線引速度で線引炉１１０から引き出す。
　＜予冷工程Ｐ２＞
　予冷工程Ｐ２は、線引工程Ｐ１で線引炉１１０から引き出された光ファイバが後述する徐冷炉１２１へ送られるのに適した所定の温度になるように冷却する工程である。徐冷炉１２１へ送られるのに適した光ファイバの所定の温度については、後に詳述する。
　本実施形態の光ファイバの製造方法において、予冷工程Ｐ２は線引炉１１０の直下に設けられた筒状体１２０の中空部に線引工程Ｐ１で線引きされた光ファイバが通されることによって行われる。線引炉１１０の直下に筒状体１２０を設けることによって、筒状体１２０の中空部内の雰囲気は線引炉１１０内の雰囲気とほぼ同じになる。そのため、線引きされた直後の光ファイバの周囲の雰囲気や温度が急激に変化することが抑制される。
　徐冷炉１２１へ送られる光ファイバの温度は、主に線引速度と線引炉１１０内の雰囲気によって決められる。予冷工程Ｐ２を備えることによって、光ファイバの冷却速度を更に微調整し、徐冷炉１２１への光ファイバの入線温度を適切な範囲に調整し易くなる。線引炉１１０から引き出される光ファイバの温度と徐冷炉１２１へ送られるのに適した光ファイバの温度とに基づいて、徐冷炉１２１と線引炉１１０との距離や筒状体１２０の長さを適宜選択することができる。筒状体１２０は、例えば金属管等によって構成される。当該金属管を空冷したり、当該金属管の周囲に断熱材を配したりして、光ファイバの冷却速度を調整しても良い。
　＜徐冷工程Ｐ３＞
　徐冷工程Ｐ３は、線引工程Ｐ１において引き出された光ファイバを徐冷する工程である。本実施形態の光ファイバの製造方法では、光ファイバは予冷工程Ｐ２を経て温度調整され、徐冷工程Ｐ３において徐冷される。徐冷工程Ｐ３において、光ファイバは複数の徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄに通される。本実施形態の光ファイバの製造方法の説明では、これら全ての徐冷炉を包括する場合や各徐冷炉を区別する必要がない場合は単に「徐冷炉１２１」という場合がある。なお、図２には、４つの徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄを示しているが、本発明において徐冷炉の数は複数であれば特に限定されない。徐冷炉が複数あるというのは、互いに異なる温度に設定することできる発熱部が複数あるという意味である。例えば、１つの筐体内に収められているとしても、互いに異なる温度に設定することができる発熱部が複数備えられていれば、徐冷炉が複数あるといえる。
　徐冷炉１２１内は入線する光ファイバの温度とは異なる所定の温度とされており、徐冷炉１２１に入線した光ファイバの周囲の温度により、光ファイバの冷却速度が低下させられる。徐冷炉１２１において光ファイバの冷却速度が低下させられることによって、以下に説明するように、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造が緩和され、散乱損失が低減した光ファイバ１が得られる。
　従来の徐冷工程を有する光ファイバの製造方法では、徐冷炉への入線時の光ファイバの温度が十分に適正化されていない。具体的には、光ファイバの温度が高すぎたり低すぎたりする状態で徐冷炉に入線される場合がある。徐冷炉に入線する光ファイバの温度が高過ぎると、光ファイバを構成するガラスの構造が緩和する速度が非常に速いため、光ファイバを徐冷することによる効果を得ることがほとんど期待できない。一方、徐冷炉に入線する光ファイバの温度が低すぎると光ファイバを構成するガラスの構造が緩和する速度が遅くなるため、徐冷炉にて光ファイバを再加熱する必要等が生じることがある。このように従来の徐冷工程では、光ファイバを構成するガラスの構造緩和が効率よく行われているとは言い難い。そのため、徐冷炉を必要以上に長くする過剰な設備投資が行われたり、線引速度を必要以上に遅くして生産性が損ねられたりする虞がある。
　本実施形態の光ファイバの製造方法によれば、以下に説明するように徐冷工程Ｐ３において、徐冷炉１２１の温度を適切に設定し、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差が適切に制御されることによって、コアを構成するガラスの構造緩和が促進される。その結果、過剰な設備投資を必要とせず、且つ、生産性良く、伝送損失が低減された光ファイバ１を得ることができる。また、本実施形態の光ファイバの製造方法によれば、上述した引用文献１に開示された技術のような複雑な計算を製造時に必要としない。
　いわゆるストロングガラスに分類されるシリカガラスでは、ガラスの粘性流動によると考えられる構造緩和の時定数τ（Ｔ）はＡｒｒｈｅｎｉｕｓの式に従う。そのため、時定数τ（Ｔ）はガラスの組成によって決まる定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔを用いて、ガラスの温度Ｔの関数として下記式（５）のように表される。なお、ｋＢはＢｏｌｔｚｍａｎｎ定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
（ここでは、Ｔはガラスの絶対温度である。）
　上記式（５）より、ガラスの温度が高いほど速くガラスの構造が緩和し、その温度における平衡状態に速く達することがわかる。すなわち、ガラスの温度が高いほどガラスの仮想温度がガラスの温度に近づくのが速くなる。
　ガラスを徐冷するときのガラスの温度及び当該ガラスの仮想温度と時間との関係を図３に示す。図３に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は温度を示している。図３において、実線はある徐冷条件でのガラスの温度推移を示しており、破線はそのときのガラスの仮想温度の推移を示している。また、点線は実線で示す徐冷条件よりも冷却速度を緩やかにした場合のガラスの温度推移を示しており、一点鎖線はそのときのガラスの仮想温度の推移を示している。
　図３に実線及び破線で示すように、高温域でガラスの温度が時間の経過と共に低下するときはガラスの仮想温度も同様に低下する。このようにガラスの温度が十分に高い状態では、ガラスの構造緩和の速度が非常に速い。しかし、ガラスの温度が低下するにつれてガラスの構造緩和の速度は遅くなる。やがてガラスの仮想温度の低下はガラスの温度の低下に追従できなくなる。そして、ガラスの温度とガラスの仮想温度との温度差が大きくなる。ここで、ガラスの冷却速度を緩やかにすると、冷却速度が速い場合に比べてガラスは相対的に温度の高い状態に長時間保持されることになる。そのため、図３に点線及び一点鎖線で示すように、ガラスの温度とガラスの仮想温度との温度差は小さくなり、ガラスの仮想温度は先に説明した例よりも低くなる。すなわち、ガラスの冷却速度を緩やかにすると、ガラスの構造緩和が促進されやすくなる。
　上記のように、ガラスの温度が高いときはガラスの構造が速く緩和する。ただし、ガラスの仮想温度はガラスの温度よりも低くなることはないので、ガラスの温度が高いときはそのガラスの仮想温度も高いままとなる。すなわち、ガラスの温度が高すぎると徐冷することによる効果が少ない。かかる観点から、徐冷炉１２１に滞在させる光ファイバの温度は１６００℃以下であることが好ましく、１５００℃以下であることがより好ましい。一方、ガラスの温度が低い場合は仮想温度がより低い温度まで低下するが、仮想温度の低下速度は遅くなる。すなわち、ガラスの温度が低すぎると仮想温度を十分に低下させるための徐冷に時間を要する。かかる観点から、徐冷炉１２１に滞在させる光ファイバの温度は１３００℃以上であることが好ましく、１４００℃以上であることがより好ましい。よって、光ファイバの温度が１３００℃以上１５００℃以下の範囲にあるときの少なくとも一時期に光ファイバが徐冷炉１２１に滞在することが好ましい。このように、徐冷工程Ｐ３において光ファイバの温度が所定の範囲にあるときに光ファイバが徐冷されることによって、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度が短時間で低下され易くなり、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　次に、ガラスの温度とガラスの仮想温度との関係から、光ファイバをどのように徐冷することによってコアを構成するガラスの構造緩和を効率良く促進し、光ファイバの伝送損失を低減できるのか説明する。
　光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和の時定数をτ（Ｔ）、徐冷工程Ｐ３におけるある時点での光ファイバの温度をＴ、当該ある時点でのコアを構成するガラスの仮想温度をＴｆ ０としたとき、当該ある時点から時間Δｔ経過後のコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆは、上記式（５）から下記式（６）のように表される。なお、Δｔは微小時間であって、その間のＴは一定であると仮定している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　上記式（６）によれば、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆが構造緩和の時定数τ（Ｔ）に依存するだけではなく、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆと光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）が、ある時点におけるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０と光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）に依存することがわかる。構造緩和の時定数τ（Ｔ）は、仮想温度がＴｆ ０であるガラスの温度がＴであるときに、ガラスの仮想温度Ｔｆとガラスの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）が１／ｅになるまでの時間として定義されており、温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）がある程度大きいほど単位時間当たりの仮想温度Ｔｆの変化が大きくなる。
　仮想温度がＴｆ ０であるガラスで構成されるコアを含む光ファイバの温度をＴにしたときの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）と、仮想温度Ｔｆの単位時間当たりの変化（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ）と、の関係を図４に模式的に示す。図４に示すように、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０と光ファイバの温度Ｔとが一致している条件（Ｔｆ ０＝Ｔ）では、コアを構成するガラスの構造緩和は起こらず、仮想温度の単位時間当たりの変化は０である（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ＝０）。ここから光ファイバの温度Ｔを低下させ、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０と光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）が大きくなる条件を考えると、コアを構成するガラスの構造緩和の時定数τ（Ｔ）は大きくなるものの単位時間当たりの仮想温度Ｔｆの変化率（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ）は負に大きくなる。しかし、さらに光ファイバの温度Ｔを低下させてコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０と光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）がさらに大きくなる条件を考えると、今度は次第にコアを構成するガラスの構造緩和の時定数τ（Ｔ）が大きくなるとともに単位時間当たりの仮想温度Ｔｆの変化（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ）の絶対値が小さくなる。すなわち、図４のグラフに表れているピークのように、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０と光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）がある値のときに仮想温度の単位時間当たりの変化（（Ｔｆ－Ｔｆ ０）／Δｔ）が極小値をとることがわかる。
　ここで上記式（６）を解くと、ガラスの仮想温度Ｔｆの低下速度が最大になるときのガラスの温度Ｔと仮想温度Ｔｆとの間に下記式（７）の関係が成り立つことがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　さらに上記式（７）を下記式（８）のようにＴについて解くと、ガラスの仮想温度Ｔｆを最も効率良く低下させることができるときのガラスの温度Ｔを求めることができる。以下、ガラスの仮想温度Ｔｆを最も効率良く低下させることができるときのガラスの温度を「適正化されたガラスの温度」ということがあり、最も効率良く低下させられた仮想温度を「適正化された仮想温度」ということがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　これまでに説明したように、ある時点におけるガラスの仮想温度Ｔｆ ０とガラスの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ ０－Ｔ）が所定の値のときにガラスの仮想温度Ｔｆの単位時間当たりの変化が最も大きくなる。すなわち、仮想温度Ｔｆ ０のガラスの一定時間Δｔ経過後の仮想温度Ｔｆを考えるとき、仮想温度Ｔｆを最低値にすることができるガラスの温度Ｔが存在することになる。
　コアにＧｅＯ２をドープした汎用的なシングルモード光ファイバについて、上記式（６）から求められるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆが最低値になるときの値と、そのときの光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）の経時変化を、図５に示す。図５のグラフにおいて、縦軸は、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆが最低値になるときの値とそのときの光ファイバの温度Ｔとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）、横軸は光ファイバの徐冷時間である。なお、実線で示すグラフは非特許文献１（K. Saito, et al., Journal of the American Ceramic Society, Vol.89, pp.65-69 (2006)）に記載されている定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔを用いた結果であり、破線で示すグラフは非特許文献２（K. Saito, et al., Applied Physics Letters, Vol.83, pp.5175-5177 (2003)）に記載されている定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔを用い、Δｔを０．０００５秒とした結果である。
　ここで、線引工程Ｐ１において光ファイバ用母材１Ｐを加熱溶融した直後から徐冷工程Ｐ３を行う場合を仮定する。徐冷初期（徐冷時間が０秒のとき）における光ファイバの温度Ｔ０が１８００℃であると仮定すると、この温度におけるコアを構成するガラスの構造緩和時間は０．００１秒未満と非常に短い。従って、コアを構成するガラスの徐冷初期の仮想温度Ｔｆ ０も同じく１８００℃であると考えてよい。すなわち、Ｔｆ ０－Ｔ０＝０℃と初期値が仮定される。
　上記の仮定により求められる、コアを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）の経時変化を見ると、概ね０．０１秒までの時間領域においては、温度差（Ｔｆ－Ｔ）を徐々に大きくすれば良く、概ね０．０１秒以降の時間領域では温度差（Ｔｆ－Ｔ）を徐々に小さくすれば良いことがわかる。また、全ての時間領域において温度差（Ｔｆ－Ｔ）を概ね６０℃未満となるようにすると良く、ほとんどの時間領域において温度差（Ｔｆ－Ｔ）を概ね４０℃より高く概ね６０℃未満に保つように光ファイバの温度Ｔを制御することによって、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆが効率良く低下することがわかる。また、図５に示す温度差（Ｔｆ－Ｔ）が極大となる時間は、上記式（５）における定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔ並びに徐冷初期（徐冷時間が０秒のとき）における光ファイバの温度Ｔ０及びコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０によって多少前後するが、概ね０．０１秒となる。
　上記仮定からわかることは、コアを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）がある程度生じるよう、線引工程Ｐ１に引き続いて予冷工程Ｐ２を設けたのちに徐冷工程Ｐ３を行えば、徐冷炉１２１の長さを有効に利用してコアを構成するガラスの構造緩和を効率良く行うことができるということである。例えば、図５において概ね０．０１秒経過時点における、コアを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）が概ね４０℃より高く６０℃未満になる時点まで予冷工程Ｐ２を行い、その後徐冷工程Ｐ３を開始すれば、徐冷炉１２１の長さを有効に利用できることから好ましい。
　また、図５に示す結果から以下のことがわかる。すなわち、組成に基づいて決定される定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔの値に多少の違いがあったとしても、徐冷工程Ｐ３においてガラスの仮想温度とガラスの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）が４０℃より高く６０℃未満の範囲であれば、ガラスの仮想温度を効率良く低下させられることがわかる。よって、いわゆるドーパントの濃度が低く主成分がシリカガラスである一般的な光ファイバであれば、光ファイバを構成するガラスの仮想温度と光ファイバの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）が４０℃より高く６０℃未満の条件で光ファイバが徐冷されることで、光ファイバを構成するガラスの仮想温度は効率良く低下させられる。例えば、ＧｅＯ２等のドーパントがドープされたシリカガラスから成るコアや、実質的に純粋なシリカガラスから成るクラッドのいずれにおいても、仮想温度を効率良く低下させられる。
　また、徐冷工程Ｐ３を開始してから終了するまでの任意の期間において光ファイバの温度Ｔと当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）を上記所定の範囲に制御することによって、当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和が促進され易くなり、光ファイバの伝送損失を低減させ易くなる。すなわち、コアを構成するガラスの構造緩和の時定数をτ（Ｔ）、徐冷工程Ｐ３におけるある時点での光ファイバの温度をＴ、当該ある時点でのコアを構成するガラスの仮想温度をＴｆ ０、当該ある時点から時間Δｔ経過後のコアを構成するガラスの仮想温度をＴｆとしたとき、下記式（２）が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　このように徐冷工程Ｐ３において光ファイバの温度Ｔと当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）が所定の範囲に制御されることによって、当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和がより促進され易くなる。従って、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　このとき、本実施形態の光ファイバの製造方法によれば、徐冷工程Ｐ３において複数の徐冷炉１２１が用いられ、各徐冷炉１２１の設定温度が適切に制御されることによって、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）が上記所定の範囲に制御され易くなる。その結果、コアを構成するガラスの構造緩和が促進され、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　なお、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆを最も効率良く低下させるための、光ファイバの温度Ｔと当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）の条件は上述の通りであるが、以下に説明する条件でも光ファイバの伝送損失を十分に低減させることができる。
　光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆと光ファイバの伝送損失とは、次のような関係式で結び付けられる。Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱係数Ｒｒはコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆに比例し、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱による伝送損失αＴは伝送させる光の波長をλ[μｍ]とする下記式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　ここで、非特許文献２（K. Saito, et al., Applied Physics Letters, Vol.83, pp.5175-5177 (2003)）によると、Ｂ＝４．０×１０－４ｄＢ／ｋｍ／μｍ４／Ｋである。波長λ＝１．５５μｍにおける伝送損失を考えると、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆが１４℃上昇すると、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱による伝送損失αＴが凡そ０．００１ｄＢ／ｋｍ増加する。すなわち、最も効率良く低下させられるときのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆからの誤差を１４℃未満に抑制することができれば、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱による伝送損失αＴの増加を０．００１ｄＢ／ｋｍ未満に抑えることができる。
　上記のように、最も効率良く低下させられるときのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆから許容し得る誤差を考慮する場合、以下に説明するように、コアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆと光ファイバの温度との温度差（Ｔｆ－Ｔ）が２０℃より高く１００℃未満という温度条件で、光ファイバを徐冷炉１２１に入線させれば良い。
　図５に実線で示す温度差（Ｔｆ－Ｔ）を徐冷時間０．５秒経たときのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆから予想される散乱損失に対する増加を０．００１ｄＢ／ｋｍ未満に抑えられるときの温度差は、上記漸化式（６）から予測することができる。徐冷初期（徐冷時間が０秒のとき）における光ファイバのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆ ０を１８００℃、温度差（Ｔｆ－Ｔ）を徐冷工程Ｐ３中においてほぼ一定となるよう仮定して漸化式（６）を解くと、図６に示すグラフが得られる。図６には図５に実線で示す温度差（Ｔｆ－Ｔ）を実線で再掲している。さらに、図６には散乱による伝送損失が０．００１ｄＢ／ｋｍ以上損失増加しない温度差（Ｔｆ－Ｔ）の経時変化の上限を破線で、下限を一点鎖線で示す。ここで、定数Ａ及び活性化エネルギーＥａｃｔは非特許文献１（K. Saito, et al., Journal of the American Ceramic Society, Vol.89, pp.65-69 (2006)）に示されている値を用いる。図６に示す結果から以下のことがわかる。徐冷工程Ｐ３中、概ね０．０１秒以降の時間領域では上記温度差（Ｔｆ－Ｔ）が２０℃より高く１００℃未満の範囲になるように光ファイバの温度履歴を制御すべく徐冷炉１２１の温度が設定されれば、最も効率良く低下させられるときのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆに対して、コアを構成するガラスの仮想温度は１４℃程度以上上昇しない範囲に抑えられる。その結果、伝送損失は最も低下させられる適正化された条件のときの値に対して０．００１ｄＢ／ｋｍ以下の増加に抑えることができる。
　よって、徐冷工程Ｐ３を開始してから終了するまでの任意の期間においても光ファイバの温度Ｔと当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆとの温度差（Ｔｆ－Ｔ）が２０℃より高く１００℃未満の範囲に維持されることによって、当該光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和が促進され易くなり、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。すなわち、下記式（１）が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
　次に、上記式（２）や式（１）の条件を満たしやすくするための具体例について説明する。本実施形態の光ファイバの製造方法では、徐冷工程Ｐ３において４つの徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄを用いる。このように複数の徐冷炉１２１を用いることによって、光ファイバの温度とコアを構成するガラスの仮想温度との温度差を所定の範囲に制御し易くなる。すなわち、徐冷工程Ｐ３において光ファイバを複数の徐冷炉１２１に通し、上流側からｎ番目の徐冷炉１２１の設定温度をＴｓｎ、上流側からｎ番目の徐冷炉１２１の出口に到達するまでの徐冷時間におけるコアを構成するガラスの仮想温度をＴｅｎとしたとき、下記式（３）の関係が成り立つようにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
　上述したように、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が所定の範囲に制御された状態で光ファイバが徐冷されることによって、コアを構成するガラスの構造緩和が促進される。コアを構成するガラスの構造緩和が促進されることによって、コアに光が伝送される際にコアを構成するガラスの構造の揺らぎに起因する散乱損失が低減されるので、光ファイバの伝送損失が低減される。上記のように徐冷工程Ｐ３において複数の徐冷炉１２１が用いられ、各徐冷炉１２１の設定温度が各徐冷炉１２１の出口に到達するまでの徐冷時間におけるコアを構成するガラスの仮想温度に対して所定の範囲に制御されることによって、光ファイバの温度と光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が所定の範囲に制御され易くなる。その結果、コアを構成するガラスの構造緩和が促進され、光ファイバの伝送損失が低減される。図７を参照しつつ以下に具体的に説明する。
　図７は、初期値としてコアを構成するガラスの温度と仮想温度が１８００℃のときに式（５）より計算した、コアを構成するガラスの適正化された仮想温度の変化（実線）と、徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄの設定温度（一点鎖線）と、徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄの出口に到達するまでの徐冷時間におけるコアを構成するガラスの期待される仮想温度を示している。図７に示す例において、各徐冷炉１２１の夫々の長さは０．５ｍであり、線引速度は２０ｍ／秒と仮定している。図７に三角形（▲）で示した通り、各徐冷炉１２１を光ファイバが出るとき、すなわち、徐冷時間が０．０２５秒、０．０５０秒、０．０７５秒、０．１００秒のときのコアを構成するガラスの適正化された仮想温度Ｔｆは、それぞれ１５５６℃、１５１５℃、１４９２℃、１４７６℃と計算される。そして、徐冷炉１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄの設定温度は図７に一点鎖線で示すように設定される。すなわち、各徐冷炉１２１の出口に到達したときの徐冷時間におけるコアを構成するガラスの適正化された仮想温度Ｔｆより５０℃低い温度に各徐冷炉１２１の温度を設定する。その結果、各徐冷炉１２１の出口付近では光ファイバの温度が各徐冷炉１２１の設定温度に近づくので、各徐冷炉１２１の出口付近では上記式（２）や式（１）の条件を満たしやすくなる。そして各徐冷炉１２１に突入したガラスの温度が直ちに各徐冷炉１２１の設定温度に一致するという急激な変化を伴い一時的には式（１）の条件を外れてしまう仮想的な温度履歴を経たガラスは、図７に円形（●）で示す仮想温度を有することが期待される。実際のガラスの温度はより緩やかに低下して徐冷炉の設定温度に近づくので、実際の仮想温度は三角形（▲）で示す理想的な仮想温度よりはやや高く、円形（●）で示す仮想温度よりはやや低くなるが、許容できる範囲の誤差となる。図７に示す例では、０．１００秒徐冷した後の仮想的な温度履歴を経たガラスの仮想温度と適正化された仮想温度との差は１２℃であり、散乱損失は０．００１ｄＢ／ｋｍ未満の差しかない。
　上述した観点から、光ファイバの温度とコアを構成するガラスの仮想温度との温度差をより適正な範囲、すなわち、上記式（２）を満たしやすくするという観点からは、下記式（４）が成り立つことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
　このように徐冷炉１２１の設定温度がより適切な範囲に制御されることによって、光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和の促進効果が増大され易くなり、光ファイバの伝送損失が低減され易くなる。
　また、図５に示すように、ガラスの温度が低くなるとガラスの仮想温度とガラスの温度との温度差を小さくした方がガラスの構造緩和が促進されやすい。従って、上流側に備えられた徐冷炉１２１よりも下流側に備えられた徐冷炉１２１の方が、設定温度と出口におけるコアを構成するガラスの仮想温度との差が小さいことが好ましい。例えば図５に実線で示したように、徐冷時間が０．０２５秒、０．０５０秒、０．０７５秒、０．１００秒における適正化されたガラスの温度とコアを構成するガラスの適正化された仮想温度との差は、それぞれ５９℃、５６℃、５５℃、５４℃であり、温度の差は下流になるほど小さいことが好ましい。このように、上流側に備えられる徐冷炉よりも下流側に備えられる徐冷炉の方が設定温度と出口におけるコアを構成するガラスの仮想温度との温度差が小さくなるように徐冷炉の温度を設定することによって、効率良くコアを構成するガラスの構造緩和を促進させることができる。その結果、光ファイバの伝送損失がより低減され易くなる。
　なお、最も効率良く低下させられるときのコアを構成するガラスの仮想温度Ｔｆと光ファイバの温度Ｔとの関係は、徐冷時間ｔのみに依存し、徐冷時間ｔ、徐冷炉の長さＬ及び線引速度ｖは、下記式（１０）の関係で結び付けることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
　従って、製造される光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの目標とする仮想温度Ｔｆを設定し、生産性を考慮した線引速度ｖを決定すれば必要な徐冷炉の長さＬが求められる。例えば、仮想温度Ｔｆを１５００℃とするために徐冷時間ｔが０．１秒程度必要なので、線引速度ｖを２０ｍ／秒に設定する場合、徐冷炉の長さＬは２ｍ必要であることがわかる。また、例えば、仮想温度Ｔｆを１４００℃とするために徐冷時間ｔが０．４秒程度必要なので、線引速度ｖを１０ｍ／秒に設定する場合、徐冷炉の長さＬは４ｍ必要であることがわかる。一方、徐冷炉の長さＬが２ｍしかなければ、線引速度ｖを５ｍ／秒とする必要があることがわかる。ただし、生産性等の観点から、線引速度ｖは１０ｍ／秒～５０ｍ／秒程度、徐冷炉長Ｌは１ｍ～１０ｍ程度の範囲で選択されることが好ましく、徐冷時間ｔは１秒以下とすることが好ましい。
　＜急冷工程Ｐ４＞
　徐冷工程Ｐ３後、光ファイバは耐外傷性などを高めるために被覆層で覆われる。この被覆層は通常、紫外線硬化性樹脂で構成される。このような被覆層を形成するためには、被覆層の焼損などが起こらないようにするため、光ファイバが十分に低い温度に冷却されている必要がある。光ファイバの温度は塗布される樹脂の粘度に影響を与え、結果として被覆層の厚さに影響を与える。被覆層を形成する際の適切な光ファイバの温度は、被覆層を構成する樹脂の性質に応じて適宜決定される。
　本実施形態の光ファイバの製造方法では、線引炉１１０とコーティング装置１３１の間に徐冷炉１２１が設けられることによって、光ファイバを十分に冷却させるための区間が短くなる。特に本実施形態の光ファイバの製造方法では予冷工程Ｐ２も備えるため、光ファイバを十分に冷却させるための区間が更に短くなる。従って、本実施形態の光ファイバの製造方法では、徐冷炉１２１を出た光ファイバを冷却装置１２２によって急冷させる急冷工程Ｐ４を備える。急冷工程Ｐ４では、徐冷工程Ｐ３よりも急速に光ファイバが冷却される。このような急冷工程Ｐ４を備えることによって、短い区間で光ファイバの温度を十分に低下させることができるので、被覆層を形成し易くなる。冷却装置１２２を出るときの光ファイバの温度は、例えば４０℃～５０℃となる。
　上記のようにして冷却装置１２２を経て所定の温度まで冷却された光ファイバは、光ファイバを覆う被覆層となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置１３１を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置１３２を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して被覆層が形成され、光ファイバ１となる。なお、被覆層は通常は２層からなる。２層の被覆層を形成する場合、各層を構成する紫外線硬化性樹脂で光ファイバを被覆した後にそれらの紫外線硬化性樹脂を一度に硬化させて２層の被覆層を形成することができる。また、１層目の被覆層を形成した後に２層目の被覆層を形成しても良い。そして、光ファイバ１は、ターンプーリ１４１により方向が変換され、リール１４２により巻取られる。
　以上、本発明について好適な実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、本発明の光ファイバの製造方法は、上述した線引工程及び徐冷工程を備えていれば良く、予冷工程や急冷工程は必須の構成要素ではない。また、本発明の光ファイバの製造方法はあらゆる種類の光ファイバの製造に適用可能である。例えば、本発明の光ファイバの製造方法は、シリカガラスを主成分とする光ファイバだけではなく、カルコゲナイドガラス、フッ素系ガラスなど、他の材料を主成分とする光ファイバの製造方法にも、上記式（５）における定数Ａ、および活性化エネルギーＥａｃｔが求められれば適用可能である。
　本発明によれば、伝送損失が低減された光ファイバを製造可能な光ファイバの製造方法が提供され、光ファイバ通信の分野に利用することができる。また、ファイバレーザ装置やその他光ファイバを利用したデバイスにも利用することができる。
１・・・光ファイバ
１Ｐ・・・光ファイバ用母材
１１０・・・線引炉
１１１・・・加熱部
１２０・・・筒状体
１２１・・・徐冷炉
１２２・・・冷却装置
１３１・・・コーティング装置
１３２・・・紫外線照射装置
１４１・・・ターンプーリ
１４２・・・リール
Ｐ１・・・線引工程
Ｐ２・・・予冷工程
Ｐ３・・・徐冷工程
Ｐ４・・・急冷工程

Claims (6)

  1. 　光ファイバ用母材を線引炉において線引きする線引工程と、
    　前記線引工程において引き出された光ファイバを徐冷する徐冷工程と、
    を備え、
    　前記徐冷工程において、前記光ファイバは複数の徐冷炉に通され、
    　前記光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの構造緩和の時定数をτ（Ｔ）、前記徐冷工程におけるある時点での前記光ファイバの温度をＴ、前記ある時点での前記コアを構成するガラスの仮想温度をＴｆ ０、前記ある時点から時間Δｔ経過後の前記コアを構成するガラスの仮想温度をＴｆとしたとき、前記徐冷工程の任意の期間において下記式（１）が成り立つ
    ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  2. 　前記徐冷工程の任意の期間において下記式（２）が成り立つ
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
  3. 　上流側からｎ番目の前記徐冷炉の設定温度をＴｓｎ、上流側からｎ番目の前記徐冷炉の出口における前記光ファイバに含まれるコアを構成するガラスの仮想温度をＴｅｎとするとき、下記式（３）の関係が成り立つ
    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の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
  4. 　下記式（４）が成り立つ
    ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
  5. 　上流側に備えられる前記徐冷炉よりも下流側に備えられる前記徐冷炉の方が、設定温度と出口における前記コアを構成するガラスの仮想温度との温度差が小さい
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
  6. 　前記光ファイバの温度が１３００℃以上１５００℃以下の範囲にあるときの少なくとも一時期に前記光ファイバが前記複数の徐冷炉のいずれかに滞在する
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
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