專利名稱：光纖及光纖制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖及光纖制造方法。
背景技術(shù)：
伴隨著FTTH (Fiber To The Home)的發(fā)展，光纖鋪設(shè)的高效化也不斷進(jìn)步。在FTTH 中，有時(shí)需要在較窄的管道或曲率半徑較小的位置處對(duì)光纖進(jìn)行配線，對(duì)于即使彎折也不 會(huì)使光泄漏的光纖，其開發(fā)不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)提高鋪設(shè)效率的作用。例如，假設(shè)在FTTH鋪設(shè)時(shí) 存在將光纖彎折為曲率半徑為5mm的情況，尋求與該情況對(duì)應(yīng)的光纖。另一方面，已知如果對(duì)光纖施加曲率半徑較小的彎折，則該光纖的長(zhǎng)期可靠性降 低。因此，想辦法對(duì)光纜的剛性進(jìn)行強(qiáng)化而實(shí)質(zhì)性地使光纖不會(huì)以較小的曲率半徑彎曲，或 者為了提高長(zhǎng)期可靠性而使篩選(screening)中對(duì)光纖施加的拉伸率增大。但是，與此相 伴，不僅成為成本增加的主要原因，也由于光纜的剛性提高而成為光纖的處理性降低的原 因，或由于篩選強(qiáng)度增大而成為導(dǎo)致構(gòu)成光纖的玻璃的強(qiáng)度降低的原因。作為提高光纖自身強(qiáng)度的方法，日本特開平2-27308號(hào)公報(bào)公開了一種光纖，其 在光纖的玻璃外表面上涂敷碳。但是，由于使用碳?xì)浠衔镱惖臍怏w而涂敷碳，所以在光纖 的制造中需要排氣設(shè)備等附帶設(shè)備。另外，碳層和包覆在該碳層外周的樹脂之間難以密合。 如果為了進(jìn)行識(shí)別而設(shè)置的著色層的顏色較淺，則由于碳層為黑色，所以著色層的外觀成 為暗淡的顏色，利用著色層產(chǎn)生的識(shí)別性降低。此外，為了保證碳包覆層在整個(gè)長(zhǎng)度中的均 勻性，需要額外的檢查，例如進(jìn)行美國(guó)專利第5057781號(hào)的說(shuō)明書所記載，通過(guò)利用碳層的 導(dǎo)電性進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)定，而監(jiān)視涂敷層的狀態(tài)等。另外，日本特開平4-65327號(hào)公報(bào)、日本特開平5-124831號(hào)公報(bào)分別公開了下述 方法，即，在光纖的玻璃表面設(shè)置添加了 TiO2的SiA玻璃或添加了 F的SiA玻璃這樣的比 SiO2粘性低的玻璃，通過(guò)在玻璃表面形成壓縮應(yīng)力層，從而對(duì)玻璃進(jìn)行強(qiáng)化。但是，在上述 組成與SiA存在很大差異的玻璃中，存在使切斷玻璃的網(wǎng)狀構(gòu)造的氫元素容易進(jìn)行擴(kuò)散的 情況，由此導(dǎo)致玻璃的網(wǎng)狀構(gòu)造的強(qiáng)度降低，所以有時(shí)從長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)反而會(huì)導(dǎo)致玻璃的斷裂 強(qiáng)度降低。另外，由于組成不同，所以折射率隨著SiO2的含有量而發(fā)生變化，難以得到期望 的光學(xué)特性。由于增加了在最外層添加具有其他組成的層的工序，所以成為成本增加的主 要原因。如上述所示，作為提高光纖自身強(qiáng)度的方法，雖然存在在玻璃外表面涂敷碳的方 法以及在玻璃外表面形成比S^2粘性低的玻璃的方法，但無(wú)論哪一種方法都在制造成本及 品質(zhì)方面存在問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有優(yōu)越的強(qiáng)度且可以廉價(jià)地進(jìn)行制造的光纖、以 及可以制造這種光纖的方法。為了達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種石英玻璃類的光纖，其包括纖芯區(qū)域；光學(xué)包層區(qū)域，其包圍纖芯區(qū)域；以及護(hù)套區(qū)域，其包圍光學(xué)包層區(qū)域，該護(hù)套區(qū)域從內(nèi)周部至外周 部為大致均勻的組成，在最外周部形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。在本發(fā)明的光纖中，優(yōu)選壓縮變形層的應(yīng)力為大于或等于IOMPa的壓縮應(yīng)力。優(yōu) 選壓縮變形層的厚度小于或等于護(hù)套區(qū)域的外徑的30%。優(yōu)選靜疲勞系數(shù)大于或等于20。 優(yōu)選施加5mm/min的拉伸速度時(shí)的斷裂強(qiáng)度大于或等于400kgf/mm2。優(yōu)選護(hù)套區(qū)域的最 外周部中的拉曼散射頻譜的490CHT1峰值面積A490相對(duì)于SOOcnT1峰值面積A800的比值 (A490/A800)小于纖芯區(qū)域中的比值(A490/A800)。優(yōu)選壓縮應(yīng)力的周向偏差小于或等于 IOMPa0作為本發(fā)明的其他方式，提供一種光纖制造方法，其具有下述工序(1)紡絲工 序，在該工序中，對(duì)包含纖芯區(qū)域、包圍該纖芯區(qū)域的光學(xué)包層區(qū)域和包圍該光學(xué)包層區(qū)域 的護(hù)套區(qū)域的石英玻璃類的光纖母材，將其一端加熱熔融并進(jìn)行紡絲，形成具有期望外徑 的玻璃絲；( 變形施加工序，在該工序中，在紡絲工序中形成的玻璃絲的整體溫度低于玻 璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)后，將玻璃絲的外周部再次加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，在護(hù)套區(qū)域的最外周 部上形成壓縮變形層。在本發(fā)明所涉及的光纖制造方法中，可以在變形施加工序中，通過(guò)將從1個(gè)或者 大于或等于2個(gè)的激光光源輸出的激光向玻璃絲照射，從而對(duì)玻璃絲進(jìn)行加熱，也可以利 用以玻璃絲作為中心軸而包圍玻璃絲的環(huán)狀加熱爐，對(duì)玻璃絲進(jìn)行加熱，也可以使用燃燒 器對(duì)玻璃絲進(jìn)行加熱。另外，優(yōu)選在紡絲工序中，將玻璃絲繞中心軸交替扭轉(zhuǎn)。而且，在本 發(fā)明所涉及的光纖制造方法中，優(yōu)選在變形施加工序中，加熱時(shí)的光纖外周的溫度偏差小 于50°C，優(yōu)選在將從光纖的外徑減少為小于或等于期望外徑的105%的位置至變形施加部 為止的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)i，將變形施加部的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2，將光纖的線速設(shè)為V時(shí)，L1/V大于或等 于0. 003s, L2/V小于或等于ls，優(yōu)選在變形施加工序中，施加在光纖玻璃上的張力大于或 等于25g。發(fā)明的效果本發(fā)明所涉及的光纖具有優(yōu)越的強(qiáng)度，可以廉價(jià)地制造。另外，本發(fā)明所涉及的光 纖制造方法，可以廉價(jià)地制造具有優(yōu)越強(qiáng)度的光纖。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的光纖的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖，區(qū) 域(b)表示其折射率曲線。圖2是說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的光纖的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖，區(qū) 域(b)表示其折射率曲線。圖3是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的光纖的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖，區(qū) 域(b)表示其折射率曲線。圖4是說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的光纖的剖面圖。圖5是與對(duì)比例中的應(yīng)力曲線一起示出第二實(shí)施方式所涉及的光纖的應(yīng)力曲線 的例子的曲線圖。圖6是說(shuō)明本發(fā)明的光纖制造方法的實(shí)施方式的概念圖。圖7是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部5的第一實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。圖8是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 的第二實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。圖9是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 的第三實(shí)施例的俯視圖。圖10是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 的第四實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。圖11是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 的第五實(shí)施例的俯視圖。圖12是說(shuō)明石英玻璃的拉曼散射頻譜的SOOcnT1峰值面積A800及490CHT1峰值面 積A490的曲線圖。圖13是分別針對(duì)進(jìn)行玻璃絲的加熱處理的情況及不進(jìn)行加熱處理的情況示出光 纖的剖面的各位置中的比值(A490/A800)的曲線圖。圖14是表示光纖中殘留的應(yīng)力和斷裂強(qiáng)度的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。附圖的目的僅為說(shuō)明，并不限定發(fā)明的 范圍。在附圖中，為了避免說(shuō)明的重復(fù)，相同標(biāo)號(hào)表示相同部分。附圖中的尺寸比例并不一 定準(zhǔn)確。圖1是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的光纖1的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖， 區(qū)域(b)表示其折射率曲線。光纖1是石英玻璃類的光纖，包含纖芯區(qū)域11、包圍纖芯區(qū) 域11的光學(xué)包層區(qū)域12、以及包圍光學(xué)包層區(qū)域12的護(hù)套區(qū)域13。纖芯區(qū)域11的折射 率比光學(xué)包層區(qū)域12的折射率高。護(hù)套區(qū)域13的折射率可以與光學(xué)包層區(qū)域12的折射 率相同，也可以不同。纖芯區(qū)域11及光學(xué)包層區(qū)域12各自可以使折射率沿徑向是均勻的，也可以使折 射率沿徑向是變化的。在纖芯區(qū)域11及光學(xué)包層區(qū)域12中，有時(shí)分別添加有用于提高折射 率或降低折射率的適當(dāng)?shù)奶砑游铩＠w芯區(qū)域11及光學(xué)包層區(qū)域12各自中的添加物濃度， 也可以由于制造上的波動(dòng)或有意地成為不均勻。護(hù)套區(qū)域13幾乎不影響纖芯波導(dǎo)模光的電場(chǎng)，是不對(duì)光纖1的光學(xué)特性產(chǎn)生影響 的區(qū)域。例如護(hù)套區(qū)域13的內(nèi)徑(光學(xué)包層區(qū)域12的外徑)相對(duì)于纖芯波導(dǎo)模光的模場(chǎng) 直徑為大于或等于3倍。護(hù)套區(qū)域13從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成。在護(hù)套區(qū)域 13的最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。光纖1通過(guò)在大致均勻的組成的護(hù)套區(qū)域13的最外周部上形成壓縮變形層，從而 具有優(yōu)越的強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中由于在外周設(shè)置碳涂層或粘性不同的玻璃而導(dǎo)致 的問(wèn)題。另外，由于光纖1可以利用與制造通常光纖的方法大致相同的方法而進(jìn)行制造，所 以可以廉價(jià)地制造。圖2是說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的光纖2的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖， 區(qū)域(b)表示其折射率曲線。光纖2是石英玻璃類的光纖，包含纖芯區(qū)域21、包圍纖芯區(qū)域 21的凹陷區(qū)域22、包圍凹陷區(qū)域22的包層區(qū)域23、以及包圍包層區(qū)域23的護(hù)套區(qū)域24。
光學(xué)包層區(qū)域由凹陷區(qū)域22及包層區(qū)域23構(gòu)成。在將纖芯區(qū)域21的折射率設(shè) 為Ii21，將凹陷區(qū)域22的折射率設(shè)為Ii22，將包層區(qū)域23的折射率設(shè)為1 時(shí)，這些折射率之 間存在n21 > n23 > n22的大小關(guān)系。護(hù)套區(qū)域M的折射率可以與包層區(qū)域23的折射率相 同，也可以不同。纖芯區(qū)域21、凹陷區(qū)域22及包層區(qū)域23各自可以使折射率沿徑向是均勻的，也可 以使折射率沿徑向是變化的。在纖芯區(qū)域21、凹陷區(qū)域22及包層區(qū)域23中，有時(shí)分別添加 有用于提高折射率或降低折射率的適當(dāng)?shù)奶砑游?。在此情況下，纖芯區(qū)域21、凹陷區(qū)域22 及包層區(qū)域23各自中的添加物濃度，也可以由于制造上的波動(dòng)或有意地成為不均勻。護(hù)套區(qū)域?qū)缀醪挥绊懤w芯波導(dǎo)模光的電場(chǎng)，是不對(duì)光纖2的光學(xué)特性產(chǎn)生影響 的區(qū)域。例如護(hù)套區(qū)域M的內(nèi)徑(包層區(qū)域23的外徑)相對(duì)于纖芯波導(dǎo)模光的模場(chǎng)直徑 為大于或等于3倍。護(hù)套區(qū)域M從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成。在護(hù)套區(qū)域M的 最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。光纖2也通過(guò)在大致均勻的組成的護(hù)套區(qū)域M的最外周部上形成壓縮變形層，從 而具有優(yōu)越的強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中由于在外周設(shè)置碳涂層或粘性不同的玻璃而導(dǎo) 致的問(wèn)題。另外，由于光纖2也可以利用與制造通常光纖的方法大致相同的方法而進(jìn)行制 造，所以可以廉價(jià)地制造。圖3是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的光纖3的圖，區(qū)域(a)表示其剖面圖， 區(qū)域(b)表示其折射率曲線。光纖3是石英玻璃類的光纖，包含第1纖芯區(qū)域31、包圍第1 纖芯區(qū)域31的第2纖芯區(qū)域32、包圍第2纖芯區(qū)域32的凹陷區(qū)域33、包圍凹陷區(qū)域33的 包層區(qū)域34、以及包圍包層區(qū)域34的護(hù)套區(qū)域35。光學(xué)包層區(qū)域由凹陷區(qū)域33及包層區(qū)域34構(gòu)成。在將第1纖芯區(qū)域31的折射 率設(shè)為n31，將第2纖芯區(qū)域32的折射率設(shè)為Ii32，將凹陷區(qū)域33的折射率設(shè)為n33，將包層 區(qū)域34的折射率設(shè)為n34時(shí)，這些折射率之間存在ri31 > n32彡n34 > n33的大小關(guān)系。護(hù)套 區(qū)域35的折射率可以與包層區(qū)域34的折射率相同，也可以不同。第1纖芯區(qū)域31、第2纖芯區(qū)域32、凹陷區(qū)域33以及包層區(qū)域34各自可以使折 射率沿徑向是均勻的，也可以使折射率沿徑向是變化的。在第1纖芯區(qū)域31、第2纖芯區(qū)域 32、凹陷區(qū)域33以及包層區(qū)域34中，有時(shí)分別添加有用于提高折射率或降低折射率的適當(dāng) 的添加物。在此情況下，第1纖芯區(qū)域31、第2纖芯區(qū)域32、凹陷區(qū)域33以及包層區(qū)域34 各自中的添加物濃度，也可以由于制造上的波動(dòng)或有意地成為不均勻。
護(hù)套區(qū)域35幾乎不影響纖芯波導(dǎo)模光的電場(chǎng)，是不對(duì)光纖3的光學(xué)特性產(chǎn)生影響 的區(qū)域。例如護(hù)套區(qū)域35的內(nèi)徑(包層區(qū)域34的外徑)相對(duì)于纖芯波導(dǎo)模光的模場(chǎng)直徑 為大于或等于3倍。護(hù)套區(qū)域35從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成。在護(hù)套區(qū)域35的 最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。光纖3也通過(guò)在大致均勻的組成的護(hù)套區(qū)域35的最外周部上形成壓縮變形層，從 而具有優(yōu)越的強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中由于在外周設(shè)置碳涂層或粘性不同的玻璃而導(dǎo) 致的問(wèn)題。另外，由于光纖3也可以利用與制造通常光纖的方法大致相同的方法而進(jìn)行制 造，所以可以廉價(jià)地制造。圖4是說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的光纖4的剖面圖。光纖4是石英玻璃 類的多孔光纖，包含纖芯區(qū)域41、包圍纖芯區(qū)域41的光學(xué)包層區(qū)域42、以及包圍光學(xué)包層區(qū)域42的護(hù)套區(qū)域43。光學(xué)包層區(qū)域42在具有與纖芯區(qū)域41相同組成的主介質(zhì)中，在以 纖芯區(qū)域41為中心的正六邊形的各頂點(diǎn)位置處形成有空孔44，光學(xué)包層區(qū)域42的有效折 射率小于纖芯區(qū)域41的折射率。護(hù)套區(qū)域43的折射率可以與光學(xué)包層區(qū)域42的主介質(zhì) 的折射率相同，也可以不同。護(hù)套區(qū)域43幾乎不影響纖芯波導(dǎo)模光的電場(chǎng)，是不對(duì)光纖4的光學(xué)特性產(chǎn)生影響 的區(qū)域。例如護(hù)套區(qū)域43的內(nèi)徑(光學(xué)包層區(qū)域42的外徑)相對(duì)于纖芯波導(dǎo)模光的模場(chǎng) 直徑為大于或等于3倍。護(hù)套區(qū)域43從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成。在護(hù)套區(qū)域 43的最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。光纖4通過(guò)在大致均勻的組成的護(hù)套區(qū)域43的最外周部上形成壓縮變形層，從而 具有優(yōu)越的強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中由于在外周設(shè)置碳涂層或粘性不同的玻璃而導(dǎo)致 的問(wèn)題。另外，由于光纖4可以利用與制造通常的多孔光纖的方法大致相同的方法而進(jìn)行 制造，所以可以廉價(jià)地制造。本發(fā)明所涉及的光纖并不限于第一實(shí)施方式 第四實(shí)施方式。對(duì)于本發(fā)明所涉及 的光纖，只要護(hù)套區(qū)域從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成，在護(hù)套區(qū)域的最外周部上形 成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層即可，其他區(qū)域的折射率曲線是任意的。圖5是與僅在護(hù)套區(qū)域13的最外周部上沒(méi)有形成壓縮變形層這一點(diǎn)不同于光纖 2的對(duì)比例中的應(yīng)力曲線一起，示出光纖2的應(yīng)力曲線的3個(gè)例子的曲線圖。對(duì)比例中的 光纖在護(hù)套區(qū)域的最外周部附近殘留有拉伸應(yīng)力。與其相對(duì)，光纖2在護(hù)套區(qū)域的最外周 部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。光纖2通過(guò)形成上述壓縮變形層而具有優(yōu)越的強(qiáng) 度。優(yōu)選護(hù)套區(qū)域的壓縮變形層中殘留的壓縮應(yīng)力大于或等于lOMPa，通過(guò)如此設(shè) 置，可以有意地提高玻璃強(qiáng)度。護(hù)套區(qū)域的壓縮變形層中殘留的壓縮應(yīng)力優(yōu)選大于或等于 30MPa，更優(yōu)選大于或等于lOOMPa。優(yōu)選護(hù)套區(qū)域的壓縮變形層的厚度小于或等于護(hù)套區(qū)域的外徑的30%，通過(guò)如此 設(shè)置，可以保持使向內(nèi)部施加的拉伸變形較小，可以提高玻璃強(qiáng)度。另外，容易向護(hù)套區(qū)域 的最外周部施加大于或等于IOMPa的壓縮應(yīng)力。即使在護(hù)套區(qū)域的最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層的情況下，在光 纖的靜疲勞系數(shù)較低的情況下，也難以提高光纖的長(zhǎng)期可靠性。因此，優(yōu)選本發(fā)明所涉及的 光纖的靜疲勞系數(shù)大于或等于20，通過(guò)如此設(shè)置，可以得到光纖的長(zhǎng)期可靠性。光纖的靜疲 勞系數(shù)更優(yōu)選大于或等于25，進(jìn)一步優(yōu)選大于或等于30。另外，優(yōu)選本發(fā)明所涉及的光纖 在施加5mm/min的拉伸速度時(shí)的斷裂強(qiáng)度大于或等于400kgf/mm2。優(yōu)選本發(fā)明所涉及的光纖的壓縮應(yīng)力的周向偏差小于或等于lOMPa。通過(guò)設(shè)置這 樣的范圍，可以使光纖卷曲的曲率半徑大于或等于細(xì)。此外，光纖中的殘留應(yīng)力測(cè)定可以如 例如日本特開2009-168813號(hào)公報(bào)的記載所示，利用光纖中的雙折射而進(jìn)行測(cè)定?；蛘?，光 纖中的殘留應(yīng)力測(cè)定，也可以通過(guò)對(duì)光纖剖面的折射率進(jìn)行面分析，根據(jù)折射率的變化量 和材料固有的光彈性系數(shù)而進(jìn)行測(cè)定。下面，說(shuō)明制造本發(fā)明中的光纖的方法。圖6是說(shuō)明本發(fā)明的光纖制造方法的實(shí) 施方式的概念圖。在實(shí)施方式的光纖制造方法中，首先，準(zhǔn)備具有與應(yīng)制造的光纖的剖面構(gòu) 造相似的折射率分布的光纖母材4。即，光纖母材4為石英玻璃類，包含纖芯區(qū)域、包圍該纖芯區(qū)域的光學(xué)包層區(qū)域、以及包圍該光學(xué)包層區(qū)域的護(hù)套區(qū)域。光纖母材4可以通過(guò)VAD 方法、OVD方法或MCVD方法等任意的方法而制作。將光纖母材4鉛垂地插入拉絲爐41內(nèi)，在拉絲爐41內(nèi)，其一端(下端)被加熱熔 融而進(jìn)行紡絲。通過(guò)該紡絲工序，形成玻璃絲5。玻璃絲5具有與應(yīng)制造的光纖的玻璃直徑 相同的所期望的外徑。此外，在該紡絲工序中，優(yōu)選對(duì)玻璃絲5進(jìn)行繞中心軸交替扭轉(zhuǎn)的擺 動(dòng)拉絲。通過(guò)如此處理，可以在后面的變形施加工序中，增加與玻璃絲5的周向相關(guān)的加熱 均勻性，因此，使所施加的壓縮應(yīng)力在周向上均勻化。利用紡絲工序形成的玻璃絲5，在整體溫度降低至小于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)后，插入變形施 加部42內(nèi)。插入變形施加部42內(nèi)的玻璃絲5，在變形施加部42內(nèi)被再次加熱至護(hù)套區(qū)域 的最外周部溫度成為高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，通過(guò)將該部分冷卻，從而在護(hù)套區(qū)域的最外 周部上形成壓縮變形層。通過(guò)該變形施加工序，制造在護(hù)套區(qū)域的最外周部上形成殘留有 壓縮應(yīng)力的壓縮變形層的光纖6。通過(guò)變形施加工序制造的光纖6，在模具43中涂敷紫外線硬化型樹脂后，利用樹 脂硬化部44進(jìn)行硬化，從而被第一涂層包覆。此外，在模具45中涂敷紫外線硬化型樹脂后， 利用樹脂硬化部46進(jìn)行硬化，從而被第二涂層包覆。通過(guò)該包覆工序，制造出在玻璃光纖 6的周圍包覆有第一涂層和第二涂層的包覆光纖7。通過(guò)包覆工序制造的包覆光纖7，經(jīng)由 輸送輥47而由線軸48卷繞。如上述所示，通過(guò)本發(fā)明的光纖制造方法，可以制造本發(fā)明的光纖。本發(fā)明的光纖 制造方法與現(xiàn)有的光纖制造方法相比，僅在紡絲工序(利用拉絲爐41進(jìn)行的拉絲)的后段 追加了變形施加工序(利用變形施加部42形成壓縮變形層)，另外，通過(guò)對(duì)與現(xiàn)有技術(shù)相同 的光纖母材4進(jìn)行拉絲而制造光纖。因此，本發(fā)明所涉及的光纖制造方法可以容易地在玻 璃外周施加壓縮應(yīng)力，而無(wú)需使構(gòu)成光纖的護(hù)套層的玻璃組成變化，可以容易且廉價(jià)地制 造具有優(yōu)越強(qiáng)度的光纖。圖7是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 42的第一實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。在第一實(shí)施例中，通過(guò)使從 激光光源51 53輸出的激光照射玻璃絲5，從而將該玻璃絲5加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫 度，在對(duì)該部分進(jìn)行冷卻后，在護(hù)套區(qū)域的最外周部上形成壓縮變形層。這里所使用的激光 光源也可以是1個(gè)，但優(yōu)選為大于或等于2個(gè)。在使用多個(gè)激光光源的情況下，由于從上述 多個(gè)激光光源輸出的激光從彼此不同的方向向玻璃絲5照射，所以使玻璃絲5的外周上的 加熱均勻化，使壓縮應(yīng)力的施加量均勻化。圖8是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 42的第二實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。在第二實(shí)施例中，從激光光 源51輸出的激光經(jīng)由窗口 5 導(dǎo)入筒狀的反射板M內(nèi)，一部分直接向玻璃絲5照射，另 外，剩余部分由筒狀的反射板討的內(nèi)壁面反射后向玻璃絲5照射。優(yōu)選反射板M的內(nèi)壁 面對(duì)于激光波長(zhǎng)的反射率大于或等于70%，優(yōu)選例如金屬鍍敷后的石英、氧化鋁及金屬等。 在上述結(jié)構(gòu)中，由于激光從各個(gè)方向向玻璃絲5照射，所以使玻璃絲5的外周上的加熱均勻 化，使壓縮應(yīng)力的施加量均勻化。在第三實(shí)施例中，也可以使用多個(gè)激光光源。圖9是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 42的第三實(shí)施例的俯視圖。在第三實(shí)施例中，從激光光源51輸出的激光經(jīng)由窗口 5 導(dǎo)入筒狀的反射板M內(nèi)，利用擴(kuò)散板陽(yáng)進(jìn)行擴(kuò)散。然后，一部分直接向玻璃絲5照射，另外，剩 余部分由筒狀的反射板討的內(nèi)壁面反射后向玻璃絲5照射。在上述結(jié)構(gòu)中，由于激光從各 個(gè)方向向玻璃絲5照射，所以使玻璃絲5的外周上的加熱均勻化，使壓縮應(yīng)力的施加量均勻 化。在第三實(shí)施例中，也可以使用多個(gè)激光光源。此外，作為第一實(shí)施例 第三實(shí)施例中的激光光源51 53，優(yōu)選使用(X)2激光 器或銅蒸氣激光器等輸出高功率的紅外激光的激光器，另外，優(yōu)選使用輸出CW激光的激光 器。另外，優(yōu)選對(duì)玻璃絲5的外周溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制激光強(qiáng)度以得到期望的溫度，通過(guò)如 此處理，可以制造品質(zhì)穩(wěn)定的光纖。圖10是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 42的第四實(shí)施例的圖，區(qū)域(a)是俯視圖，區(qū)域(b)是側(cè)視圖。在第四實(shí)施例中，玻璃絲5 被加熱爐61加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，在將該部分冷卻后，在護(hù)套區(qū)域的最外周部上 形成壓縮變形層。加熱爐61是以玻璃絲5作為中心軸而包圍玻璃絲5的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，例如是康塔爾爐 (kanthal furnace)、電阻爐、感應(yīng)加熱爐等。優(yōu)選加熱爐61的內(nèi)部充滿N2氣體、Ar氣體及 He氣體等惰性氣體，另外優(yōu)選潔凈的氣氛。由于將玻璃絲5的最外周部加熱至高于玻璃轉(zhuǎn) 變點(diǎn)的溫度，所以優(yōu)選加熱爐51的長(zhǎng)度大于或等于100mm。另外，優(yōu)選設(shè)置利用加熱爐51 加熱后對(duì)向加熱爐51外露出的玻璃絲5進(jìn)行冷卻的機(jī)構(gòu)，通過(guò)如此設(shè)置，可以在光纖6的 外周部殘留更強(qiáng)的壓縮應(yīng)力。圖11是表示本發(fā)明所涉及的光纖制造方法的變形施加工序所使用的變形施加部 42的第五實(shí)施例的俯視圖。在第五實(shí)施例中，玻璃絲5由燃燒器71加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn) 的溫度，在將該部分冷卻后，在護(hù)套區(qū)域的最外周部上形成壓縮變形層。燃燒器71只要是 可以將玻璃絲5加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)(大約1100°C )的溫度的燃燒器即可，例如是等離 子燃燒器、氫氧燃燒器、甲烷燃燒器。但是，由于如果在玻璃絲5的外表面上附著OH基，則 無(wú)法長(zhǎng)期保持玻璃強(qiáng)度，所以優(yōu)選火焰為無(wú)水的燃燒器。另外，從防止玻璃絲5擺動(dòng)(絲晃 動(dòng))的角度出發(fā)，作為燃燒器71，優(yōu)選使用風(fēng)壓較小的等離子燃燒器。圖12是說(shuō)明石英玻璃的拉曼散射頻譜的SOOcnT1峰值面積A800及490CHT1峰值面 積A490的曲線圖。峰值面積A800是在波數(shù)范圍880 740CHT1內(nèi)畫出的基線和拉曼散射 頻譜之間所夾持的區(qū)域的面積，與由六元環(huán)構(gòu)成的S^2玻璃網(wǎng)的量對(duì)應(yīng)。峰值面積A490是 在波數(shù)范圍525 475CHT1內(nèi)畫出的基線和拉曼散射頻譜之間所夾持的區(qū)域的面積，與由四 元環(huán)構(gòu)成的變形構(gòu)造的量對(duì)應(yīng)。已知一種由于在通常由六元環(huán)構(gòu)成的SiO2玻璃網(wǎng)中存在的三元環(huán)及四元環(huán)等變 形構(gòu)造選擇性地被水解而導(dǎo)致斷裂的玻璃斷裂模型(J. K. West et al. ,"Silica fracture Part II A ring opening modelviahydrolysis”， Journal of Materials Science 29 (1994) 5808-5816)。因此，為了使玻璃斷裂強(qiáng)度上升，期望將三元環(huán)及四元環(huán)的絕對(duì)量減 小。圖13是分別針對(duì)進(jìn)行玻璃絲5的加熱處理的情況以及不進(jìn)行加熱處理的情況，示 出光纖6的剖面的各位置處的比值(A490/A800)的曲線圖(對(duì)于光纖剖面的各位置處的拉 曼散射頻譜，可以通過(guò)使光束直徑為5 μ m的激勵(lì)光在剖面上沿徑向掃描而進(jìn)行測(cè)定)。通 過(guò)進(jìn)行大于或等于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg而小于或等于(Tg+500°C)的加熱處理，從而使護(hù)套區(qū)域10的最外周部中的比值(A490/A800)小于纖芯區(qū)域中的比值(A490/A800)。與不進(jìn)行加熱處 理的情況相比，在進(jìn)行加熱處理的情況下，/min的變形速度的拉伸試驗(yàn)中光纖斷裂強(qiáng) 度增加了 11%。如上述所示，通過(guò)在對(duì)玻璃絲5進(jìn)行加熱時(shí)，使加熱溫度大于或等于玻璃轉(zhuǎn) 變點(diǎn)Tg而小于或等于(Tg+500°C )，由此可以提高光纖的斷裂強(qiáng)度。實(shí)施例利用本發(fā)明的光纖制造方法，作為第三實(shí)施方式所涉及的光纖3而試制3根光纖 (實(shí)施例1 3)，得到光學(xué)特性(波長(zhǎng)1.31 μ m下的模場(chǎng)直徑(MFD)Jm截止波長(zhǎng)、2 !光纜 截止波長(zhǎng)、零色散波長(zhǎng)以及各彎折直徑下的彎折損耗)、光纖中殘留的壓縮應(yīng)力以及斷裂強(qiáng) 度。如圖3所示，以純石英玻璃的折射率作為基準(zhǔn)，將第1纖芯區(qū)域31的比折射率差表示 為Δ1= (n31-nSi02)/nSi02，將第2纖芯區(qū)域32的比折射率差表示為Δ2 = (n32_nSi02)/ IiSiO2，將凹陷區(qū)域33的比折射率差表示為Δ3= (n33-riSi02) AiSiO2，將包層區(qū)域；34的比折 射率差表示為Δ4 = (Ii34-IiSiO2) AiSiO2。將第1纖芯區(qū)域31的外徑表示為2巧，將第2纖 芯區(qū)域32的外徑表示為2r2，將凹陷區(qū)域33的外徑表示為2r3。Ra為比值OVr2^Rb為比 值(r2/r3)。壓縮應(yīng)力通過(guò)對(duì)由光彈性效應(yīng)導(dǎo)致的偏振旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)的方法而進(jìn)行測(cè)定，平 均斷裂強(qiáng)度通過(guò)對(duì)500mm長(zhǎng)度的測(cè)試光纖施加5mm/min的拉伸速度而求出。表是綜合了實(shí)施例1 3中的光纖的各個(gè)參數(shù)的圖表。
權(quán)利要求
1.一種光纖，其為石英玻璃類的光纖，其包含 纖芯區(qū)域；光學(xué)包層區(qū)域，其包圍該纖芯區(qū)域；以及護(hù)套區(qū)域，其包圍該光學(xué)包層區(qū)域，該護(hù)套區(qū)域從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成， 在最外周部形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述壓縮變形層的應(yīng)力為大于或等于IOMPa的壓縮應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述壓縮變形層的厚度小于或等于所述護(hù)套區(qū)域的外徑的30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中， 靜疲勞系數(shù)大于或等于20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，施加5mm/min的拉伸速度時(shí)的斷裂強(qiáng)度大于或等于400kgf/mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述護(hù)套區(qū)域的最外周部中的拉曼散射頻譜的490CHT1峰值面積A490相對(duì)于SOOcnT1 峰值面積A800的比值、即A490/A800，小于所述纖芯區(qū)域中的A490/A800的比值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中， 壓縮應(yīng)力的周向偏差小于或等于lOMPa。
8.一種光纖制造方法，其具有下述工序，即紡絲工序，在該工序中，對(duì)包含纖芯區(qū)域、包圍該纖芯區(qū)域的光學(xué)包層區(qū)域和包圍該光 學(xué)包層區(qū)域的護(hù)套區(qū)域的石英玻璃類的光纖母材，將其一端加熱熔融并進(jìn)行紡絲，形成具 有期望外徑的玻璃絲；以及變形施加工序，在該工序中，在所述紡絲工序中形成的玻璃絲的整體溫度低于玻璃轉(zhuǎn) 變點(diǎn)后，將所述玻璃絲的外周部再次加熱至高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，在所述護(hù)套區(qū)域的最 外周部上形成壓縮變形層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在所述變形施加工序中，通過(guò)將從1個(gè)或者大于或等于2個(gè)的激光光源輸出的激光向 所述玻璃絲照射，從而對(duì)所述玻璃絲進(jìn)行加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在所述變形施加工序中，利用以所述玻璃絲作為中心軸而包圍所述玻璃絲的環(huán)狀加熱 爐，對(duì)所述玻璃絲進(jìn)行加熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在所述變形施加工序中，使用燃燒器對(duì)所述玻璃絲進(jìn)行加熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中， 在所述紡絲工序中，將所述玻璃絲繞中心軸交替扭轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在所述變形施加工序中，加熱時(shí)的光纖外周的溫度偏差小于50°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在將從光纖的外徑減少為小于或等于所述期望外徑的105%的位置至所述變形施加部為止的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)i，將所述變形施加部的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)2，將光纖的線速設(shè)為V時(shí)，L1/V大于 或等于0. 003s, L2/V小于或等于Is。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖制造方法，其中，在所述變形施加工序中，施加在光纖玻璃上的張力大于或等于25g。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)越強(qiáng)度且可以廉價(jià)地進(jìn)行制造的光纖、以及可以制造這種光纖的方法。光纖(1)是石英玻璃類的光纖，包含纖芯區(qū)域(11)、包圍纖芯區(qū)域(11)的光學(xué)包層區(qū)域(12)和包圍光學(xué)包層區(qū)域(12)的護(hù)套區(qū)域(13)。護(hù)套區(qū)域(13)從內(nèi)周部至外周部為大致均勻的組成。在護(hù)套區(qū)域(13)的最外周部上形成殘留有壓縮應(yīng)力的壓縮變形層。
文檔編號(hào)C03B37/027GK102043194SQ20101050975
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者中西哲也, 平野正晃, 春名徹也, 池知麻紀(jì) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社