光纤的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种可以制造这样的光纤的方法，该光纤在芯部含有碱金属元素，并且具有小的传输损耗。光纤(30)通过用拉丝装置(1)将石英类光纤预制件(20)拉丝而制备，该光纤(30)包括玻璃部和树脂包覆部，残留在玻璃部中的压缩应力的最大值为130MPa以下；该石英类光纤预制件(20)包括芯部和包层部，该芯部含有平均浓度为5原子ppm以上的碱金属，所述包层部含有氟和氯。在拉丝过程中，将该光纤预制件的各位置保持在1500℃以上的温度的持续时间为110分钟以下。拉丝速度优选为1,200m/min以上，甚至更优选为1,500至2,300m/min。光纤预制件(20)的直径优选为70至甚至更优选为90至
【专利说明】光纤的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤的制造方法。
【背景技术】
[0002] 包含含有碱金属元素的芯的光纤是已知的（参见日本未审查专利公开（PCT申 请的译文）No. 2005-537210、2007-504080、2008-536190、2009-541796、2010-501894 以及 2010-526749,美国专利申请公开No. 2006/0130530,美国专利No. 5146534以及国际公开 No. 98/002389)。据认为，在芯中掺入碱金属元素降低了拉丝光纤预制件以制造光纤的过程 中的芯的粘度，并且使玻璃网络结构的松弛得以进行，从而减小了光纤的衰减。
[0003] 此外，作为其他低损耗光纤，已知的是包含由无碱金属元素的纯石英玻璃构成的 芯的光纤。已知的是，在制造这样的光纤的过程中，为了促进玻璃网络结构的松弛，在拉丝 炉的下面布置退火炉以延长加热时间。
【发明内容】
[0004] 技术问题
[0005] 本发明的目的在于提供一种光纤的制造方法，所述光纤包括含有碱金属兀素的 芯，所述光纤的衰减低。
[0006] 问题的解决方案
[0007] 为了实现该目的，提供了一种光纤的制造方法，包括将石英类光纤预制件拉丝成 光纤，所述光纤预制件包括芯部和包层部，所述芯部的碱金属元素的平均浓度为5原子ppm 以上，所述包层部含有氟和氯，所述光纤包括玻璃部和树脂包覆部，并且所述玻璃部处于 130MPa以下的残余应力之下，所述残余应力为压缩应力。
[0008] 在根据本发明的光纤的制造方法中，在光纤预制件的拉丝过程中，将光纤预制件 的各位置保持在1500°C以上的时间可以为110分钟以下。光纤预制件的芯部中的碱金属 元素的平均浓度可以为500原子ppm以下。光纤预制件的芯部可以含有卤素，并且芯部中 除碱金属元素和卤原子以外的添加元素的平均浓度等于或低于该芯部中卤素的平均浓度。 光纤预制件的芯部中卤素的平均浓度优选在1，〇〇〇原子ppm至20, 000原子ppm的范围内。 该碱金属元素可以是钾。
[0009] 在根据本发明的光纤的制造方法中，在光纤预制件的拉丝过程中的拉丝速度可以 是1200m/min以上或2500m/min以下。光纤预制件的直径优选为70mm至170mm。在光纤预 制件的拉丝过程中施加至玻璃部的力可以在0. 29N至1.47N的范围内。
[0010] 在根据本发明的光纤的制造方法中，在光纤预制件的拉丝过程中，直径为200 μ m 以下的经拉丝的玻璃纤维可以在1500°C以上加热0. 3秒以下，并且光纤预制件在拉丝炉中 被加热的停留时间为4小时以下。直径为200 μ m以下的经拉丝的玻璃纤维可以在1500°C 以上加热〇. 01秒以上。在光纤预制件的拉丝过程中，光纤预制件的任意位置在拉丝炉中的 停留时间可以是4小时以下。 toon] 作为本发明的另一方面，提供了一种光纤的制造方法，该光纤包括玻璃部和树脂 包覆部。所述玻璃部包括芯以及围绕该芯的包层。在该方法中，光纤预制件的芯部的碱金 属的平均浓度为5原子ppm以上并且卤素的平均浓度为1000原子ppm以上，芯部中除碱 金属或卤素以外的添加元素的浓度等于或低于该芯部中卤素的平均浓度，所述光纤预制件 的直径为70至170mm，拉丝光纤时的光纤拉丝速度为600m/min以上，施加至玻璃部的力在 0· 29N至1. 47N的范围内，并且玻璃部处于130MPa以下的残余应力之下，所述残余应力为压 缩应力。
[0012] 光纤的拉丝速度可以在1200m/min至3000m/min的范围内。
[0013] 发明的有益效果
[0014] 根据本发明的实施方案，可以制造衰减低的光纤，所述光纤包括含有碱金属元素 的芯。
[0015] 附图简要说明
[0016] 图1的区域（a)为示出光纤预制件的折射率曲线以及碱金属元素的浓度分布的 图；并且图1的区域（b)为示出光纤的折射率曲线、碱金属元素的浓度分布以及光功率分布 的图。
[0017] 图2为示出在拉丝炉中将光纤预制件的各位置保持在1500°C以上的时长与 1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的图。
[0018] 图3为拉丝装置的概念图。
[0019] 图4为示出了在拉丝装置中将光纤预制件的各位置保持在1500°C以上的时间的 概念图。
[0020] 图5为示出了在拉丝装置的拉丝炉中的停留时间的概念图。
[0021] 图6为示出拉丝速度与1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的图。
[0022] 图7为示出拉丝速度与1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的图。
[0023] 图8为示出光纤预制件的直径与1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的图。
[0024] 图9为示出在拉丝炉中的停留时间与1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的 图。
[0025] 图10为示出光纤的折射率曲线的图。
[0026] 图11为示出光纤的折射率曲线的图。
[0027] 图12为示出光纤的折射率曲线的其他例子的概念图。
[0028] 图13为以拉丝过程中施加至玻璃的力为参数，示出光纤的玻璃部中的残余应力 的图。
[0029] 图14为示出光纤的残余应力的概念图。
[0030] 图15为示出另一拉丝装置的概念图。
【具体实施方式】
[0031] 以下将参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方案。提供附图是为了说明的目的，并非旨在 限定发明的范围。在附图中，同一要素用同一参考符号指定，并不再赘述。附图中的尺寸比 例并不总是与各附图中所述的实物的比例一致。
[0032] 根据发明人的发现，在制造包含含有碱金属元素的芯的光纤的情况中，当与制造 包含由纯二氧化硅构成的芯的光纤一样通过在拉丝炉的下面布置退火炉以延长加热时间 时，在某些情况下所得光纤的衰减增大。因此，在根据本发明的光纤的制造方法中，当拉丝 包含含有碱金属元素的芯部的光纤预制件时，缩短在拉丝炉中加热光纤预制件的时间。
[0033] 图1的区域（a)为示出光纤预制件的折射率曲线以及碱金属元素的浓度分布的 图。图1的区域（b)为示出光纤的折射率曲线、碱金属元素的浓度分布以及光功率分布的 图。对于当拉丝过程中的加热时间短时光纤的衰减降低的机理尚不清楚，但认为如下：拉 丝过程中加热时间延长使得掺入在芯部中的碱金属元素进行扩散，因此，碱金属元素广泛 扩散从而向外延伸至三倍或更多倍于通信波段（1550nm带）的模场直径（MFD)的位置。因 此，如图1的区域（b)所示，光纤的芯中的碱金属元素的有效浓度降低。由此，玻璃网络结 构的松弛不会进行，从而不会减小光纤的衰减。
[0034] 在根据本发明的实施方案的光纤的制造方法中，为了适当地实现损耗的降低，光 纤预制件的芯部中所含的碱金属元素（例如，钾）的平均浓度为5原子ppm以上，并优选为 50原子ppm以下。钾浓度越高，由辐射暴露引起的损耗就越高。因此，芯部中的平均钾浓 度的上限为500原子ppm。将光纤预制件的各位置在拉丝炉中保持在1500°C以上的时间为 110分钟以下。拉丝速度优选为1200m/min以上，更优选为1500m/min至2300m/min。光纤 预制件的直径优选为至17〇臟，更优选为90mm至150mm。
[0035] 图2为以光纤预制件的芯部中的平均钾浓度为参数，示出将光纤预制件的各位置 在拉丝装置中保持在1500°C以上的时间?\与1. 55 μ m波长处的光纤的衰减之间的关系的 图。测量点处的衰减在表I中示出。
[0036] 表 I
[0037]
【权利要求】
1. 一种光纤的制造方法，包括： 将石英类光纤预制件拉丝成光纤，所述光纤预制件包括芯部和包层部，所述芯部的碱 金属元素的平均浓度为5原子ppm以上，所述包层部含有氟和氯，所述光纤包括玻璃部和树 脂包覆部，并且所述玻璃部处于130MPa以下的残余应力之下，所述残余应力为压缩应力。
2. 根据权利要求1所述的光纤的制造方法， 其中，在所述光纤预制件的拉丝过程中，将所述光纤预制件的各位置保持在1500°C以 上的时间为110分钟以下。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法， 其中，所述光纤预制件的所述芯部中的碱金属元素的平均浓度为500原子ppm以下。
4. 根据权利要求1或3所述的光纤的制造方法， 其中，所述光纤预制件的芯部含有卤素，并且 其中，所述芯部中除所述碱金属元素或卤原子以外的添加元素的平均浓度等于或低于 该芯部中所述卤素的平均浓度。
5. 根据权利要求4所述的光纤的制造方法， 其中，所述光纤预制件的所述芯部中卤素的平均浓度在1，〇〇〇原子ppm至20, 000原子 ppm的范围内。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，所述碱金属元素为钾。
7. 根据权利要求1至6中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，在所述光纤预制件的拉丝过程中的拉丝速度为1200m/min以上。
8. 根据权利要求7所述的光纤的制造方法， 其中，在所述光纤预制件的拉丝过程中的拉丝速度为2500m/min以下。
9. 根据权利要求1至8中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，所述光纤预制件的直径为70mm至170mm。
10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，在所述光纤预制件的拉丝过程中施加至玻璃部的力在0. 29N至1. 47N的范围内。
11. 根据权利要求1至10中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，在所述光纤预制件的拉丝过程中，直径为200 μ m以下的经拉丝的玻璃纤维在 1500°C以上加热0. 3秒以下，并且 其中，所述光纤预制件在拉丝炉中停留4小时以下。
12. 根据权利要求1至11中任意一项所述的光纤的制造方法， 其中，所述光纤预制件的任意位置在拉丝炉中停留4小时以下。
13. -种光纤的制造方法，该光纤包括玻璃部和树脂包覆部，所述玻璃部包括芯以及围 绕该芯的包层， 其中，光纤预制件的芯部的碱金属的平均浓度为5原子ppm以上并且卤素的平均浓度 为1000原子ppm以上， 所述芯部中除所述碱金属或所述卤素以外的添加元素的平均浓度等于或低于该芯部 中卤素的平均浓度， 所述光纤预制件的直径为70至170mm， 拉丝光纤时的光纤拉丝速度为600m/min以上， 施加至玻璃部的力在〇. 29N至1. 47N的范围内，并且 所述玻璃部处于130MPa以下的残余应力之下，所述残余应力为压缩应力。
14.根据权利要求13所述的光纤的制造方法， 其中所述光纤的拉丝速度在1200m/min至3000m/min的范围内。
【文档编号】C03C13/04GK104203850SQ201280071132
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】春名彻也, 平野正晃, 田村欣章 申请人:住友电气工业株式会社