光纤维及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及传输光的光纤维及其制造方法。
技术背景
在用光纤维的光传输中，因光纤维内的瑞利散射产生的传输损失(瑞利散射损失)变为问题。对此，提出了能降低瑞利用射损失的光纤维或其制造方法的方案。
例如，在文献「坂口、电子情报通信学会论文2000/1 Vol.J83-CNo.1，pp.30-36」中，记载了一种通过拔丝后的光纤维慢慢冷却使光纤维的瑞利散射降低的方法。即，玻璃内的瑞利散射强度不一定由材料决定，而取决于表示玻璃内原子排列状态混乱性的假想的温度地假想温度Tf(FictiveTemperature)。具体地说，玻璃内的假想温度Tf高(混乱性大)，瑞利散射强度增大。
与此相对应，在加热拔丝光纤维母材时，在拔丝炉的后级设置加热炉，拔丝后的光纤维通过加热炉时能加热到规定的温度范围。因此，用加热炉加热，能防止拔丝后的光纤维的急激冷却，使光纤维慢慢冷却。这时，由于原子再排列引起玻璃构造缓和，使光纤维内的假想温度Tf下降，能抑制光纤维内的瑞利散射强度。
并且，文献「K.Tajima，NTT REVIEW Vol.10 No.6，pp.109-113(1998)」中，记载了用低温拔丝同样能抑制瑞利散射强度。
然而，在有用上述加热炉的慢慢冷却过程的制造方法等的已往提出的得到瑞利散射损失降低效果的制造方法中，不能说已充分实现光纤维传输损失的降低。尤其是，即使是用相同制造方法制作的光纤维，在取得降低传输损失效果时，也有传输损失几乎没有减少或相反增大的场合等，有确实没有得到降低传输损失效果的问题。
本申请发明者对上述传输损失降低的不可靠性的原因等进行反复精心研究，从其研究结果可以知道，即使在用能降低瑞利散射损失的相同制造方法时，通过适用该制造方法的光纤维或光纤维母材的构成，使得到的传输损失降低效果大不相同。
【发明内容】
本发明是鉴于以上问题而研究的，其目的在于提供一种能确实降低因瑞利散射损失等引起的传输损失的光纤维和其制造方法。
为了达到这样的目的，本发明的第1光纤维备有心线区域和在该心线区域外周设置的包层区域，其特征在于，在心线区域内剖面的心线平均粘性ηo和使心线区域及包层区域组合的整体剖面的整体平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt是2.5以下，同时瑞利散射损失是规定基准值的95％以下。
在上述光纤维中，通过使用用慢慢冷却的制造方法等的有降低瑞利散射效果的制造方法、或选择使瑞利散射损失降低的光纤维材料，瑞利散射损失比表示通常的光纤维的瑞利散射损失的基准值降低5％以上，成为95％以下的值。按照该心线和整体的粘性比Rη为2.5以下(Rη≤2.5)构成光纤维的心线区域和包层区域。
对于粘性比Rη，通过付与这样的条件，能同时降低瑞利散射损失、和构造不规则等的瑞利散射损失以外的传输损失成分。因而，通过制作这样结构的光纤维，实现能确实降低作为整体的传输损失的光纤维。
上述光纤维可以用各种各样制造方法制作。作为具体制造方法的一种，本发明的第1光纤维的制造方法，其特征在于，制作备有心线区域和在该心线区域的外周设置的包层区域，心线区域内剖面的心线平均粘性ηo和将心线区域及包层区域组合的全体剖面的整体平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt为2.5以下的光纤维母材，加热拔丝光纤维母材时，用在拔丝炉后级设置的加热炉按照规定的温度范围内的温度加热经拔丝炉拔丝过的光纤维。
这样，加热拔丝该光纤维母材时，通过用在拔丝炉的后级设置的加热炉使光纤维慢慢冷却，如上述那样，使光纤维内的假想温度Tf降低，能降低瑞利散射损失。并且，通过使用满足粘性比Rη的上述条件的光纤维母材，在拔丝时或慢慢冷却时发生在光纤维的构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失也同时降低，能作为确实取得降低作为整体的传输损失的效果的制造方法。
在上述光纤维的制造方法中，关于在拔丝炉的后级设置的加热炉，在有用树脂被覆被拔丝的光纤维的树脂被覆部时，最好设置在拔丝炉和树脂被覆部之间。
除了通过用加热炉慢慢冷却的制造方法以外，还有降低瑞利散射损失效果的其他制造方法，通过形成粘性比Rη≤2.5光纤维或光纤维母材，同样能得到降低整体的传输损失的效果。
本发明的第2光纤维备有由SiO2或添加氯的SiO2构成的心线区域、和在该心线区域外设置的包层区域，其特征在于，包层区域在以纯SiO2的折射率为基准用％表示各部的折射系数差而定义时，在其平均折射系数差Δnc满足Δnc≥-0.26％的条件，那样添加氟的同时，瑞利散射系数A是81dB/km·μm4以下，或波长1.00μm的传输损失α1.00是0.82 dB/km以下。
在具有纯SiO2(纯石英)的心线或以其为基准的心线的光纤维(光纤维母材)，心线区域的粘性比添加F等的包层区域大。因此，由于光纤维母材拔丝时的张力，使发生在光纤维内的应力集中到心线。这时，所得到的光纤维的传输损失的张力依存性变大，变成传输损失增大的原因。
在上述光纤维中，将心线区域设为纯SiO2，同时用满足Δnc≥-0.26％的范围的添加量在包层区域的全体或一部添加F(氟)而构成包层区域。由于适用这种光纤维的构成，对于瑞利散射系数A或传输损失α1.00和传输损失α1.55，实现比通常光纤维的基准降低的上述数值范围。
根据这种心线区域和包层区域的构成，通过对包层区域给与F添加量的上限值，在包层区域应力被分散，所以能抑制向有纯SiO2心线的光纤维的心线的应力集中，降低得到的光纤维的传输损失的张力依存性。因此，也能同时降低瑞利散射损失和构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分。，通过形成这种构成的光纤维，实现能确实降低作为整体的传输损失的光纤维。
关于瑞利散射系数A和传输损失α1.00的基准值，用通常的构成和通常的制造方法得到的纯SiO2心线(或以纯SiO2为基准添加Cl的SiO2心线)的光纤维分别是0.85dB/km·μm4和0.86dB/km的值。与此相反，若采用有本发明构成的光纤维，则瑞利散射系数A和传输损失α1.00分别是降低约5％以上的上述数值范围。
本发明的第2光纤维制造方法，其特征在于，制作备有由纯SiO2或添加氯的SiO2组成的心线区域、和在心线区域的外周设置的包层区域，包层区域在将纯SiO2的折射率作为基准用％表示各部的折射系数差而定义时，按其平均折射率差Δnc满足Δnc≥-0.26％的条件添加氟的光纤维母材，同时在加热拔丝光纤维母材时，用在拔丝炉的后级设置的加热炉按规定的温度范围，加热拔丝过的光纤维，得到光纤维的瑞利散射系数A在0.81dB/km·μm4以下，或波长100μm的传输损失α1.00在0.82dB/km以下的光纤维。
这样，在加热拔丝该光纤维母材时，通过用在拔丝炉的后级设置的加热炉进行光纤维的慢慢冷却，能如上述那样使光纤维内的假想温度Tf降低，减少瑞利散射损失。通过使用心线区域和包层区域有上述构成的光纤维母材，能同时降低拔丝时或慢慢冷却时发生在光纤维的构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分，能成为确实取得降低作为整体的传输损失效果的制造方法。
在上述光纤维的制造方法中，关于在拔丝炉的后级设置的加热炉，在使用用树脂包覆拔丝过的光纤维的树脂包覆部时，也可设置在拔线炉和树脂包覆部之间。
除用加热炉慢慢冷却的制造方法以外，在有降低散射损失效果的其他制造方法中，通过形成上述构成的光纤维或光纤维母材，也能确实得到降低作为整体的传输损失的效果。
或者，本发明的光纤维制造方法，其特征在于，制作备有由纯SiO2或添加氯的SiO2组成的心线区域、和在心线区域的外周设置的包层区域，包层区域在以纯SiO2的折射率为基准用％表示各部的折射系数而定义时，按其平均折射系数差Δnc满足Δnc≥-0.26％条件添加氟的光纤维母材的同时，在加热拔丝光纤维母材时，以0.05～0.20N的范围内的张力进行光纤维母材的拔丝，得到瑞利散射系数A在0.81dB/km·μm4以下，或者波长100μm的传输损失α1.00在0.82dB/km以下的光纤维。
在形成抑制向心线的应力集中的光纤维母材(光纤维)的构成的同时，使拔丝时的张力保持在0.05～0.20N的合适张力值范围内进行张力控制，能确定得到传输损失降低的光纤维。
【附图说明】
图1是概略地表示光纤维的制造方法和光纤维的制造所用的拔丝装置的一实施形态的构造图。
图2是用于说明第1光纤维的粘性比Rη的图。
图3是表示第1光纤维的第1实施例的折射率曲线的图。
图4是表示第1光纤维的第2实施例的折射率曲线的图。
图5是表示光纤维比较例的折射率曲线的图。
图6是表示光纤维的张力和残余应力相关的曲线图。
图7是表示第2光纤维的第1实施形态的折射率曲线的图。
图8是表示第2光纤维的第2实施形态的折射率曲线的图。
图9是表示第2光纤维的第3实施形态的折射率曲线的图。
实施方式
以下，随着附图详细说明本发明的光纤维和其制造方法的最佳实施形态。在附图的说明中，同一元件给与同一符号，省略重复的说明。附图的尺寸比率未必与说明的一致。
首先，说明本发明的第1光纤维及光纤维的制造方法。
图1所示的拔丝装置1是用于拔丝石英玻璃系光纤维的拔丝装置，具有拔丝炉11、慢慢冷却用的加热炉21和树脂硬化部31。这些拔丝炉11、加热炉21和树脂硬化部31在拔丝光纤维母材2的方向(图1的上下方向)，以拔丝炉11、加热炉21、树脂硬化部31的顺序设置。
首先，将母材供给装置(未图示)保持的光纤维母材2供给拔丝炉11，由拔线炉11内的加热器12加热并软化光纤维母材2的下端，拔丝光纤维3。拔线炉11的炉心管13与来自惰性气体供给部14的惰性气体供给通路15连接，拔丝炉11的炉心管13内构成惰性气体气氛。
这里，关于从母材供给装置供给的光纤维母材2，关于由心线区域和在心线区域的外周设置的包层区域组成的光纤维母材2内的各部的粘性，按满足规定的条件制作并使用光纤维母材2。即，关于在心线区域内剖面的心线平均粘性ηo和在组合心线区域和包层区域的全体剖面的整体平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt，按粘性比Rη是2.5以下(Rη≤2.5)制作光纤维母材2。
加热拔丝过的光纤维3在炉心管13内，由惰性气体急激冷却到1700℃左右。然后，光纤维3从炉心管13的下部被取出到拔丝炉11外，在拔线炉11和加热炉21之间被空气冷却。作为惰性气体可用例如N2气体，该N2气体的热传导系数λ(T＝300K)是26mw/(m·k)。空气的热传导系数λ(T＝300K)是26mw/(m·k)。
接着，将被空气冷却的光纤维3送到在拔丝炉11的后级即拔丝炉11和树脂硬化部31之间设置的慢慢冷却用的加热炉21。按规定温度范围内的温度加热光纤维3的规定空间，以规定的冷却速度慢慢冷却。该加热炉21有在其中光纤维3通过的炉心管23。该炉心管23最好设定成在光纤维母材2的拔线方向(图1中的上下方向)的全长L2(m)满足L2≥V/8。这儿，V是拔丝速度(m/s)。
加热炉21的炉心管23的位置被设定在进入炉心管23之前的光纤维3的温度(进线温度)是1400～1800℃范围的位置，对拔线炉11最好设置成满足L1≤0.2×V。这儿，L1是拔丝炉11的加热器12的下端到炉心管23的上端的距离，V是拔线速度(m/s)。设定加热炉21的加热器22的温度，以便使炉中心(光纤维3通过的部分)的温度为11000～1600℃，较好是1200～1600℃范围内的温度，特别好是1250～1500℃，最好是1300～1500℃范围内的温度。
通过设定上述加热炉21(炉心管23)的位置和长度，在慢慢冷却用的加热炉21中加热被加热拔丝过的光纤维3，使其温度是1100～1700℃，较好的是1200～1700℃范围内的温度。尤其是，光纤维3的温度变成1100～1700的部分时，光纤维3的温度差在50℃以上的区间，例如光纤维3的温度变成1250～1500℃、最好变成1300～1500℃的部分(温度差变成200℃的区间)以1000℃/秒以下的冷却速度慢慢冷却。
通过将炉中心的温度设定在1100～1600℃、最好在1200～1600℃范围内的温度，在被加热拔丝过的光纤维3，温度变成1100～1700℃、最好1200～1700℃的部分时，光纤维3的温度差变成50℃以上的区间以1000℃/秒以下的冷却速度慢慢冷却。
加热炉21的炉心管23与来自N2气体供给部24的N2气体供给通路25连接，加热炉21的炉心管23内构成N2气体气氛。也可用空气或Ar等的分子量比较大的气体等，代替用N2气体。但是，在用碳精电极加热器时，必须用惰性气体。
从加热炉21出来的光纤维3用作为外径测定装置的外径测定器41在线测定外径，将该测定值反馈给旋转驱动转筒42的驱动电机43，并进行控制，使外径变为恒定。来自外径测定器41的输出信号被送到作为控制装置的控制单元44，通过运算求出转筒42(驱动电机43)的旋转速度，以便使光纤维3的外径变为预先设定的规定值。
从控制单元44将表示通过运算求得的转筒42(驱动电机43)旋转速度的输出信号输出给驱动电机用的驱动器(未图示)，该驱动电机用的驱动器根据从控制单元来的输出信号，控制驱动电机43的旋转速度。
然后，用涂覆模51在光纤维3上涂敷UV树脂52。被涂敷的UV树脂52由树脂硬化部31的UV灯硬化，形成光纤维毛坯线4。光纤维毛坯线4经过导辊61，被转筒42卷取。将转筒42支撑在旋转驱动轴45上，该旋转驱动轴45的端部与驱动电机43连接。
这儿，在本实施形态中，用涂覆模51和树脂硬化部31构成由树脂包覆光纤维的树脂包覆部。作为该树脂包覆部不限于上述构成，也可以形成涂敷热硬化树脂后由加热炉硬化的构成。
拔丝炉11的炉心管13如上述那样连接来自惰性气体供给部14的惰性气体供给通路15，拔丝炉11的炉心管13内构成惰性气体气氛，但作为惰性气体供给部14也可以设置N2气体供给部，在炉心管13内供给N2气体1，从而构成N2气体氛。
拔丝速度是低速、例如100m/min时，光纤维3在He气体气氛中，在拔丝炉11(炉心管13)内由于要冷却到1000℃，这时，将炉心管13内形成N2气体气氛，最好将拔丝炉11(炉心管13)的出口处的光纤维3的温度设为1700℃。最好设置He气体供给部和N2气体供给部，以便与拔线速度相对应地在炉心管13内供给He气体和N2气体。实际上，通过一旦冷却后再加热，即使作为1100～1700℃，最好1200～1700℃，构造缓和是可能的。但这时，为了再加热，加热器变长，产生损耗。
上述光纤维的制造方法，由于用加热炉21慢慢冷却引起光纤维内的假想温度T下降，所以是能降低光纤维的光传输损失主要原因的瑞利散射损失的制造方法。在本实施形态中，关于适用于该制造方法的光纤维母材(或由该光纤维材得到的光纤维)的构成，如上述那样设心线平均粘性ηo和整体平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt是2.5以下(Rη≤2.5)。
对于满足这样的粘性比条件的构成的光纤维和光纤维母材，由于适用有图1所示的慢慢冷却过程的制造方法等的能降低瑞利散射损失的制造方法，所以能确实降低作为整体的瑞利损失等引起的传输损失。
即，对于在光纤维内传输的光的瑞利散射损失，能充分降低(降低5％以上)到表示通常光纤维的瑞利散射损失的规定基准值的95％以下，同时关于构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分，也能同时抑制其发生和增大，能得到作为整体的传输损失非常低的光纤维。
以下，具体说明心线平均粘性ηo、整体平均粘性ηt、粘性比Rη＝ηo/ηt和通过适用上述的粘性比的条件Rη≤2.5而引起的降低传输损失的效果。
首先，对心线平均粘性ηo整体平均粘性ηt和粘性比Rη的定义进行说明。这儿，如图2所示，研究由心线区域100和在其外周设置的包层区域101的2层构成的光纤维(或光纤维母材)。设心线区域100的外周半径为r0，设包层区域101的外周半径r1，同时将表示剖面各位置的粘性的粘性系数用η表示。
这时，关于心线区域100内的剖面，将粘性系数η平均的心线平均粘性ηo由下式求出。ηo=∫oηdS/∫odS]]>=∫oηdS/πr02]]>这儿，∫oηdS表示对剖面内各位置的粘性系数η的在图2所示的心线区域100的剖面范围的积分。如式中所示，∫odS相当于心线区域100的剖面面积π r02。
同样，关于组合心线区域100和包层区域101的全体剖面，对粘性系数平均的整体平均粘ηt由下式求出。ηt=∫tηdS/∫tdS]]>=∫tηdS/πr12]]>这儿，∫tηdS表示对剖面内各位置的粘性系η的在图2所示的心线区域100包层区域101的全体剖面范围的积分。如式中所示，∫tdS相当于组合心线区域100和包层区域101的剖面面积πr12。
从以上那样求出的心线平均粘性ηo和整体平均粘ηt，求出粘性比Rη作为Rη＝ηo/ηt。
在包层区域由有不同折射率的多个包层构成时，将这些多个包层的全体作为包层区域，可以适用上述的公式(例如粘性系数η的积分式)。关于在光纤维内各位置的粘性系数η，最好用软化时的粘性系数，具体地说，能用1300℃～1900℃范围内的温度，例如在1900℃的粘性系数。
下面，说明通过适用粘性比的条件Rη≤2.5而引起的传输损失的降低效果。
关于心线区域100及包层区域101的粘性，在有纯SiO2(二氧化硅)心线构成的光纤维等中，与包层区域101相比，心线区域100的粘性变大。这样，粘性大、粘性比Rη的值大时，在拔丝时或拔丝后施加在光纤维的张力或应力集中在心线区域100。
即，光纤维内各位置的粘性系数η通过在SiO2玻璃(石英玻璃)中添加Ge、Cl或F等的使折射率变化的添加物而变化，使其粘性变小。具体地说，粘性系数η按下式log10η＝5.6+1.58[F]-0.57[Ge、Cl]而变化(参照文献「K.Shiraki et al.，Electronics Letters，Vol.29No.14，pp.1263-1264(1993)」。
这儿，[F]表示用对于纯SiO2的折射系数差(％)的值表示的F(氟)的添加量，[Ge、Cl]同样表示用对于纯SiO2的折射系数差(％)的值表示的Ge(锗)或Cl(氯)的添加量。但，关于Cl，对于其粘性系数η的影响假定与Ge相等。
根据在SiO2玻璃中添加各自添加物时的折射率变化，以折射系数差表示各自的添加量的符号是[F]＜0，[Ge、Cl]＞0。即，根据上述式，通过添加Ge、Cl和F等，SiO2玻璃的粘性系数η变小。因而，在向纯SiO2心线或心线的添加物的添加量少的光纤维，包层区域101的粘性因F的添加而变小，心线区域100的粘性ηo和粘性比Rη变为大的值。
这样，粘性系数比Rη大时，如图1所示，即使在通过拔丝后用加热炉进行慢慢冷却的制造方法等的有瑞利散射损失降低效果的制造方法制作光纤维时，也不能得到充分的传输损失的降低效果。
这考虑到，主要因光纤维内的假想温度Tf的下降等降低瑞利散射损失，另外由于向上述心线区域100的应力集中，构造不规则损失等的其他传输损失成分增大，作为整体的传输损失不能充分降低或增大。关于瑞利散射损失的降低，因应力集中等的原因，也有不能充分得到其效果的可能性。
与此相反，作为光纤维或光纤维母材的构成，由于满足粘性比的条件Rη≤2.5，确实能将得到的光纤维的瑞利散射损失从基准值降低5％以上，成为基准值的95％以下的值。同时，也能抑制构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分的发生和增大。根据以上理由，能确实降低作为整体的传输损失。
对于粘性比Rη小的场合，从向心线的应力集中这一方面考虑，不必要有下限值，但心线内的Ge等的添加量太大时，由于因添加物引起的传输损失增大，作为光纤维是不合适的，所以最好Rη≥0.07。
作为用于评价瑞利散射损失降低效果的指标，可用瑞利散射系数A。光纤维的波长λ的传输损失αλ(dB/km)如上述那样，根据瑞利散射损失和除此以外的构造不规则损失等的传输损失成分，一般由下式αλ＝A/λ4+B+C(λ)表示。其中，第1项A/λ4(dB/km)表示瑞利散射损失，其系数A是瑞利散射系数(dB/km·μm4)。瑞利散射损失与瑞利散射系数A成比例，因而，如从基准值将瑞利散射系数A降低5％，则瑞利散射损失也降低5％。
这里，用通过慢慢冷却使瑞利散射损失降低等的制造方法以外的通常制造方法得到的光纤维中，将向以对于纯SiO2的折射系数差(％)的值表示的心线区域100的G的添加量设为[Ge]时，瑞利散射系数A(dB/km·μm4)的值变成下式。
A0＝0.85+0.29[Ge]因而，能将该通常的值A0。设为瑞利散射系数A的基准值。这时，得到的光纤维的瑞利散射系数A可以从基准值A0降低5％以上。
为了评价包含瑞利散射损失的整体传输损失，也可以将波长1.00μm的传输损失α1.00作为指标。在波长1.00μm时，上述传输损失αλ的表示式中，B+C(λ)大略是0.01，因而，在用通常的制造方法得到的光纤维中，传输损失α1.00(dB/km)的值变为下式α0＝A0+0.01＝0.86+0.29[Ge]因而，能将该通常的值α0作为传输损失α1.00。这时，得到的先纤维传输损失α1.00。最好从基准值α0降低5％以上。
这样，通过将瑞利散射系数A或波长1.00μm的传输损失α1.00作为指标而使用，能确实得到降低包含瑞利损失或构造不规则损失等的整体的传输损失的效果。如根据上述基准值的各表示式，在表示式中包含Ge的添加量[Ge]。因而，能评价与向心线添加Ge量对应的传输损失。
关于瑞利散射系数A，根据上式可以从传输损失的波长依存性的数值(例如1/λ4曲线的斜率)求出。作为评解整体的传输损失的指标，用在波长1.00μm的传输损失，这是因为在1.00μm的传输损失的值比光传输用的1.55μm带等大，用1～10km程度的比较短的光纤维标本能以足够精度进行评价。
但是，在本发明的光纤维中，波长1.00μm的传输损失α1.00和波长1.55μm的传输损失有一定的关系并相对应，通过评价传输损失α1.00的降低效果，对传输损失α1.55也同样能确认其降低。作为具体的对应关系，波长1.00μm的传输损失如上述那样用α1.00＝A+0.1表示，但相当于该表示式的波长1.55μm的传输损失α1.55的表示式是α1.55＝A×0.17325+0.25。
在上述光纤维及其制造方法中，关于心线平均粘性ηo和整体平均粘性ηt的粘性比Rη，付与条件Rη≤2.5。该粘性比与拔丝时光纤维的心线区域所加的张力或拔丝后残余应力中的张力成分有密切的关系。因而，根据这些应力或张力，也能评价粘性比Rη。
拔丝后的光纤维的残余应力由拔丝时张力引起的张力成分和除此以外的热膨胀所产生的热膨胀成分组成。这里，设光轴方向残余应力的张力成分为σz，则张力成分σz由下式σz=f×ηo/∫tηdS]]>定义。这里，f表示拔丝时的张力。
另外，根据关于粘性的上述各表示式求出粘性比Rη。Rη=ηo/(∫tηdS/∫tdS)]]>=ηo/(∫tηdS/πr12)]]>r1如图2所示， 是包层区域101的外周的半径。粘性比Rη根据该两式，用张力成分σz，以下式表示。Rη=σz/(f/∫tdS)]]>＝σz/(f/πr12)
这儿，作为典型的条件设张力f＝0.1N(10gw)，r1＝62.5μm(光纤维直径为125μm)时，粘性比Rη＝2.5大致相当于张力成分σz＝20Mpa。因而，为了满足粘性经的条件Rη≤2.5，最好设光轴方向的残余应力的张力成分σz为20Mpa以下(σz≤20Mpa)。从也加了热膨胀成分的残余应力的整体来看时，由于热膨胀成分大致是10Mpa程度，所以最好设残余应力在30Mpa以下。
关于光纤维内的残余应力分布的测定，例如有用Photoelasticcomputertomography的方法等(参照文献「T.Abe et al.，J.Opt.Soc.Am.A，Vol.3No.1，pp.133-138(1986)」。
关于本发明的第1光纤维及其制造方法引起的传输损失的降低效果，以具体的实施例和比较例表示。以下实施例和比较例的光纤维，都通过用图1所示的加热炉的慢慢冷却的制造方法不进行慢慢冷却的通常制造方法制作，确认其传输损失的降低效果。关于慢慢冷却用的加热炉的加热条件，设定在1350℃通过时间3秒。
图3表示光纤维第1实施例的折射率曲线的图。本实施例的光纤维和图2相同，由包含中心轴的心线区域100和其外周的包层101构成。各区域的半径r0、r1分别设为2r0＝10μm，2r1＝125μm。
设包层区域101为纯SiO2，同时在心线区域100添加Ge，因相对纯SiO2的折射系数差(％)使添加量变为[Ge]0＝+0.35％。
图4是表示光纤维第2实施例的折射率曲线的图。本实施例的光纤维由包含中心轴的心线区域200、和其外周的2个包层202、203构成，组合包层202和203，形成整体的金属包层区域201。各区域的半径r0、r2、r3(＝r1)分别设为2r0＝10μm，2r2＝55μm，2r3(＝2r1)＝125μm。
在心线区域200添加Cl，因相对于纯SiO2的折射系数差(％)使添加量变为[Cl]0＝+0.08％。另外，在2个包层202、203添加F，因相对于纯SiO2的折射系数差(％)使添加量分别变为[F]2＝-0.28％，[F]3＝-0.20。
作为光纤维的第3实施例是和第2实施例相同构成的光纤维，将慢慢冷却用的加热炉的加热条件设在1000℃通过时间3秒，制作光纤维。
图5是表示光纤维比较例的折射率曲线的图。本比较例的光纤维由包含中心轴的心线区域300和其外周包层区域301构成。各区域的半径r0、r1分别设为2r0＝10μm，2r1＝125μm。
在心线区域300添加Cl，因相对于纯SiO2的折射系数差(％)，使添加量变为[Cl]0＝+0.08。另外，在包层区域301添加F，因折射系数差(％)，使添加量变为[F]1＝-0.35。
对于以上的第1、第2、第3实施例及比较例，表1表示求出粘性比Rη、传输损失α1.55(dB/km)、α1.00(dB/km)和瑞利散射系数A(dB/km·μm4)的结果。
表1 粘性比 Rη 不冷却 冷却 α1.55 A α1.00 α1.55 A α1.00实施例1 0.63 0.190 0.95 0.96 0.180 0.89 0.90实施例2 1.90 0.170 0.85 0.86 0.161 0.80- 0.79 0.81- 0.80实施例3 1.90 0.170 0.85 0.86 0.164 0.81 0.82比较例 3.20 0.170 0.85 0.86 0.170 0.80- 0.79 0.82- 0.81
(单位：α1.00，α1.55＝(dB/km)；A＝(dB/km·μm4)
在该结果中，关于各光纤维的粘性比Rη，在实施例中分别是0.63、1.90，满足R≤2.5的条件。与此相反，在比较例中粘性比Rη的值为3.20，是超过2.5值的粘性比。
关于第1、第2实施例和比较例，观看图6所示的残余应力曲线就明白，在实施例中都是比较小的残余应力。与此相反，在粘性比Rη大于3.20的比较例中，随着张力的增加，产生非常大的残余应力。
对于有这样粘性比的光纤维，分别比较有/无拔丝后的加热炉的慢慢冷却时的传输损失α1.55、瑞利散射系数A、和传输损失α1.00时，在满足粘性比Rη≤2.5的第1、第2和第3实施例，有慢慢冷却时瑞利散射系数A和传输损失α1.55、α1.00比没有慢慢冷却时的，能得到充分的降低效果。
另外也明白，在粘性比Rη＞2.5的比较例中，在有慢慢冷却时，关于瑞利散射，得到和实施例相同的降低效果，但作为整体的传输损失α1.55、α1.00，由于粘性比引起的构造不规则损失增大等，不能充分得到传输损失的降低效果。
使用具有用慢慢冷却的制造方法等的瑞利散射损失的降低效果的制造方法，同时由于对光纤维或光纤维母材的粘性比付与Rη≤2.5的条件，能确实使瑞利散射损失降低5％以上并变成通常基准值的95％以下，同时能防止构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分的发生和增大，实现确实能降低作为整体的传输损失的光纤维和其制造方法。
下面，说明本发明第2光纤维和光纤维的制造方法。
这里，在以下，表示各部的折射率值的折射系数差，是将纯SiO2的折射率作为基准(折射系数差＝0)并用％表示纯SiO2的折射系数差而定义。关于各区域各层的平均折射系数差，在其区域内(层内)分别用面积加权折射系数差，并用平均值定义。
首先，说明光纤维的制造方法。本发明的第2光纤维的制造方法是大致与上述第1制造方法相同。作为光纤维制造所用的拔丝装置，使用图1所示构成的拔丝装置。
但是，关于由母材供给装置供给的光纤维母材2，关于由心线区域和在心线区域的外周设置的包层区域构成的光纤维母材2的构成，按满足规定条件制作光纤维母材2。即，设心线区域为纯SiO2心线或以纯SiO2为基准添加能进行处理的Cl(氯)的SiO2心线，同时，将包层区域作为添加F(氟)的构成，使其平均折射系数差Δn满足下述条件Δnc≥-0.26％，由此制作成光纤维母材2。
上述光纤维的制造方法因用加热炉21的慢慢冷却引起的光纤维内的假想温度Tf的下降，是能降低光纤维的光传输损失主要原因的瑞利散射损失的制造方法。在本实施形态中，关于适用该制造方法的光纤维母材(或由光纤维母材得到的光纤维)的构成，如上述那样，设心线区域为纯SiO2或添加Cl的SiO2，同时，添加F构成金属区域，使其平均折射系数差满足条件Δnc≥-0.26％。
对于满足这样条件构成的光纤维或光纤维母材，由于适用有图1所示的慢冷却过程的制造方法等的能降低瑞利散射损失的制造方法，所以能确实降低作为整体的因瑞利散射损失等引起的传输损失。
即，这样即使在适用有瑞利散射损失降低效果的制造方法时，作为整体的传输损失，也未必降低传输损失。这是因为，一方面能降低瑞利散射损失，另外因对心线过于应力集而使构造不规则等的其他传输损失成分增大，不能得到降低作为整体的传输损失效果。应抑制构造不规则损失等的发生，相反不能充分取得降低瑞利散射损失的效果。
对于通常在加热拔丝光纤维母材2时施加在光纤维的张力，在低张力时降低瑞利散射损失，但增加构造不规则损失；相反在高张力时，由对SiO2结合的影响引起瑞利散射损失增大。
与此相反，通过适用上述构成的光纤维母材和光纤维，对向包层区域的F添加量，给与使应力恰好地分散在包层区域的上限值、能抑制对有纯SiO2心线的光纤维的心线的应力集中，降低所得到的光纤维传输损失的张力依存性。因此，能同时降低瑞利散射损失、和构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分。因而，由于形成这种构成的光纤维，实现能确实降低作为整体的传输损失的光纤维。
具体地说，对于瑞利散射系数A，能设定从通常纯SiO2心线(或以纯SiO2心线为基准的添加Cl的SiO2心线)的光纤维的基准值0.85dB/km·μm4降低约5％以上的0.81dB/km·μm4以下的数值范围。对于波长1.00μm的传输损失，也能设定从同样的基准值0.86dB/km降低约5％以上的0.82dB/km以下的数值范围。
在上述光纤维的制造方法中，对于用拔丝炉11拔丝时的张力，由于抑制因过度张力变化引起的传输损失的增大等，最好进行张力控制，使其在允许的合适张力范围。作为该合适的张力范围，最好张力是0.05～0.20N(5～20gw)的范围内。
下面说明光纤维的构成。图7是对于本发明的第2光纤维的第1实施形态表示其折射率的曲线图。
该光纤维纤维是SiO2玻璃(石英玻璃)系光纤维，有包含光纤维的中心轴的心线区域600和在心线区域600的外周设置的包层区域700。
心线区域600将其外周的半径设为r0而形成。该心线区域600，在纯SiO2玻璃添加规定的作为提高折射率的添加物Cl(氟)。因此，心线区域600内的平均折射系数是Δn0(但，Δn0＞0)。
另外，包层区域700，在本实施形态中有在心线区域600的外周设置的内包层701和在内包层701的外周设置的外包层702的2层包层结构。
内包层701将其外周的半径设为r1而形成。在该内包层701在纯SiO2玻璃添加规定量的作为降低折射率的添加物F(氟)。因此，内包层701内的平均折射系数差是Δn1(但，Δn1＜0)。
外包层702将其外周半径设为r2而形成。该外包层702，在纯SiO2玻璃添加规定量的F(氟)。因此，外包层702内的折射系数差是Δn2(但，Δn2＜0)。外包层702的F平均添加量小于内包层701的F平均添加量，因而，包层区域701和701的平均折射系数差有0＞Δn2＞Δn1的关系。
作为组合平均折射系数差Δn1的内包层701和平均折射系数差Δn2的外包层702的整体包层700，其平均折射系数差Δnc是满足上述条件Δnc≥-0.26％的值(但，0＞Δn2＞Δnc＞Δn1)。
本光纤维的心线区域600由添加Cl的SiO2心线构成。在该心线区域600，因添加Cl使粘性稍微减少，由于其添加量等，使心线区域600有比包层区域700大的粘性。与此相反，将在包层区域700中添加F量设为是Δnc≥-0.26％的添加量上限值以下的添加量(与条件Δnc≥-0.26％对应)，使加在光纤维内的应力恰好地向包层700分散，抑制，各心线的应力集中。
通过抑制向该心线的应力集中，能降低对于光纤维拔丝时所加的张力的传输损失的张力依存性，实现充分降低作为整本的传输损失的光纤维。
在本实施例的光纤维中，有F添加量大(折射系数差小)的内包层层701和F添加量小的(折射系数差大)的外包层层702的2层包层层，构成包层区域700。
根据这种2层构造的包层区域层，由于位于心线区域600外周的内包层层701，能高效地关闭通向心线区域600和其附近的传输光。外包层层702具有调整光纤维传输特性的效果和降低向心线的应力集中的效果等。由于对将这些包层层701和702组合的包层区域700整体的平均折射系数差适用上述条件，所以能确实抑制向心线区域600的应力集中。
这里，关于金属包层层701、702的平均折射系数差Δn1、Δn2，根据其大小关系，外金属包层层702的平均折射系数差Δn2满足条件Δn2≥-0.26％。
关于向心线区域600添加Cl，为了充分确保关闭通向心线区域600的光的效果等，最好设其平均折射系数差为0.01％≤Δn0≤0.12％的范围。关于添加Cl，由于对传输损失等影响小，所以能进行与纯SiO2同样的处理，具有使心线区域600粘性变小的效果。关于心线区域600内的折射率分布，在心线区域600内可以是大致一定的折射率分布，或者可以是缓变型的。
图8是表示本发明第2光纤维的第2实施形态的折射率曲线的图。
该光纤维和第1实施形态相同，是SiO2玻璃(石英玻璃)系的光纤维，有包含光纤维中心轴的心线区域600和在心线区域600的外周设置的包层区域700。
这些的心线区域600和包层区域700的构成是与图7所示的光纤维几乎相同，但包层区域700的外包层702的构成不同。即，在本实施形态中，在外包层层702不添加F(氟)，是由纯SiO2玻璃组成的外包层层702。因而，包层区域701和702的平均折射系数差有0＝Δn2＞Δn1的关系。
作为组合平均折射系数差Δn1的内包层层701和平均折射系差Δn2＝0的外包层层702的包层区域700的整体，其平均折射系数差Δnc变为满足上述条件Δnc≥-0.26％的值(但，0＝Δn2＞Δnc＞Δn1)。
在本实施形态的光纤维中也和第1实施形态相同，使在光纤维内施加的应力合适地向金属包层区域700分散，从而抑制向心线的应力集中。因此，降低对施加在光纤维拔丝时的张力的传输损失的张力依赖性，实现充分降低作为整体的传输损失的光纤维。
这里，如本实施形态那样在将外包层层702作为纯SiO2时，由于防止光纤维弯曲时的光泄漏等的理由，外包层层702的内周半径(＝内包层层701的外周半径)r1和外包层702的外周半径r2最好满足条件r2-r1≤r2×0.3。该条件相当于将外包层层702的厚度设成光纤维整体的30％以下。由此，能得到对心线的应力集中的充分抑制效果，同时将对该外包层的传输特性的影响设在合适的范围内。
图9是表示本发明的第2光纤维的第3实施形态的折射曲线的图。
该光纤维和第1、第2实施形态相同，是SiO2玻璃(石英玻璃)系的光纤维，有包含光纤维中心轴的心线区域600和在心线区域600的外周设置的包层区域700。其中，对于心线区域600的构成，与图7和图8所示的光纤维中的心线区域600是几乎相同。
包层区域700，在本实施形态中有单一的包层层701。包层层701是将其外周的半径设为r1而形成的。该包层701在纯SiO2玻璃添加规定量的作为降低折射率的添加物F(氟)。由比包层层701内的平均折射系数差是Δn1(但，Δn＞0)。
该包层层701的平均折射系数差Δn1相当于包层区域700整体的平均折射系数差，该平均折射系数差Δnc＝Δn1是满足上述条件Δnc≥-0.26％的值。
这样，不限于有第1、第2实施形态所示的2层构造的包层区域的构成，在有本实施形态那样的1层构造的包层区域的构造等，同样也使加在光纤维内的应力恰好地向包层区域700分散，抑制对心线的应力集中。由此，降低对光纤维拔丝时施加的张力的传输损失的张力依赖性，能实现充分降低作为整体的传输损失的光纤维。
关于由本发明第2光纤维及其制造方法引起的传输损失的降低效果，由具体的实施例和比较例表示。在以下实施例和比较例的光纤维，除第2比较例外都由用图1所示的加热炉的慢冷的制造方法制作。这里，关于慢冷用的加热炉的加热条件，将加热炉中心温度设定为1350℃，线速度为50m/分，1.5m通过时间为1.8秒。拔丝时的张力都为0.10N(10gw)。
成为第1实施例的光纤维，根据图7所示的折射率曲线制作。各半径r0、r1、r2分别设为2r0＝10μm，2r1＝55μm，2r2＝125μm。
对于各区域的折射率，在心线区域600添加Cl，使平均折射系数差为Δn0＝+0.08％。另外在包层区域700内的包层层701添加F，使平均折射系数差为Δn1＝-0.28％。在外包层层702添加F，使平均折射系数为Δn2＝-0.20％。这时，作为包层区域700整体的平均折射系数差是Δnc＝-0.215％。
成为第2实施例的光纤维，根据图8所示的折射率曲线制作。各半径r0、r1、r2分别设为2r0＝10μm，2r1＝100μm，2r2＝125μm。这时，外包层层702的厚度是r2-r1＝r2×0.2＜r2×0.3
关于各区域的折射率，在心线区域600添加Cl，使平均折射系数差为Δn0＝+0.08％。在包层区域700的内包层701添加F，使平均折射系数差为Δn1＝-0.28％。在外包层层702不添加F，形成纯SiO2，其平均折射系数差为Δn2＝0.00。这时，作为包层区域700整体的平均折射系数差为Δnc＝-0.178％。
成为第3实施例的光纤维，根据图9氘示的折射率曲线制作。各半径r0、r1分别设为2r0＝10μm，2r1＝125μm。
关于各区域的折射率，在心线区域600添加Cl，使平均折射差数差是Δn0＝+0.08％。在包层区域700的包层层701添加F，使平均折射系数差为Δnc＝Δn1＝-0.26％。
作为光纤维的第4实施例是和第1实施例相同构成的光纤维，将用慢冷用加热炉的加热条件设定在以1100℃通过1.8秒时间，由此进行制作。
对以上的第1～第4实施例，制作不满足上述构成的光纤维，作为第1、第2的比较例。
成为第1比较例的光纤维，根据图9所示的折射率曲线，以和第3实施例大致相同的构成进行制作。但是，对于包层区域700的金属包层层701，添加F使平均折射系数差为Δnc＝Δn1＝-0.35％(＜0.26％)。
成为第2比较例的光纤维，以和上述第1比较例相同的构成进行制作。但在该拔丝工序，不进行用加热炉的慢冷地拔线光纤维。
关于以上的第1～第4实施例和第1、第2比较例，图2表示求出包层区域700的平均折射系数差Δnc
瑞利散射系数A、构造不规则损失B(参照上述传输损失αλ的公式)、波长1.00μm的传输损失α1.00和波长1.55μm的传输损失的结果。这里，传输损失α1.00和α1.55分别是α1.00＝A+B，α1.55＝0.17325×A+B+0.016。
表2 Δnc A B α1.00 α1.55实施例1 -0.215 0.790 0.008 0.798 0.159实施例2 -0.178 0.800 0.008 0.808 0.161实施例3 -0.260 0.780 0.011 0.791 0.162实施例4 -0.215 0.810 0.010 0.820 0.164比较例1 -0.350 0.800 0.015 0.815 0.169比较例2 -0.250 0.850 0.008 0.858 0.170
(单位：α1.00，α1.55，B＝(dB/km)；A＝(dB/km·μm4)
首先，关于光纤维的平均折射系数差Δnc，与第1～第4实施例满足条件Δnc≥-0.26％的相反，在第1、第2比较例中由于添加超过上限值的F，所以Δnc＜0.26％。
接着，观察瑞利散射系数A、构造不规则损失B和传输损失α1.00,α1.55，在用通常构造不进行慢冷地制作的第2比较例，瑞利散射系数A的值是上述基准的0.850 dB/km·μm4。构造不规则损失B的值是0.08 dB/km，作为整体的传输损失α1.00大致是上述基准值的0.858dB/km。传输损失α1.55是0.170dB/km。
在用通常构造进行慢冷制作的第1比较例，瑞利散射系数A的值降低到0.800dB/km·μm4，构造不对称损失B通过慢冷相反增大为0.015 dB/km，作为整体的传输损失α1.55不能充分降低，是0.169 dB/km。
与此相反，在第1～第4实施例，瑞利散射系数A和构造不规则损失B都降低，能实施作为整体的传输损失α1.00、α1.55的充分降低。
即，在有2层构造的包层区域的第1实施例，瑞利散射系数A降低到0.790dB/km·μm4，同时，对于构造不规则损失也能防止其增大，是0.08 dB/km。作为整体的传输损失α1.00、α1.55能实现足够的降低，分别为0.789dB/km，0.159dB/km。
对于在2层构造的外包层层是纯SiO2的第2实施例和1层构造的第3实施例，也和第1实施例相同，能充分降低作为整体的传输损失。关于改变加热条件的第4实施例，也和第1实施例相，充分降低作为整体的传输损失。
根据以上所述，对于在使用用慢冷的制造方法等的具有瑞利散射损失的降低效果的制造方法的同时光纤维或光纤维母材的心线区域和包层区域的构成，通过设心线区域为纯SiO2心线或添加以其为基准的C的SiO2心线，设包层区域为添加F的构造并满足条件Δnc≥-0.26％，所以在确实降低瑞利散射损失的同时，也能防止构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分的发生和增大，实现能确实降低作为整体的传输损失的光纤维及其制造方法。
在有2层构造的第1实施例，外包层702的平均折射系数差是Δn2＝-0.20％。关于该平均折射系数差，也可能设为最大值。但是，在该实施例中，外包层层702的内周半径比2r2＝55μm小，所以Δn2＝-0.1％被认为限度，在比其大时，如第2实施例那样，最好使包层层的厚度比较小。
关于第1实施例，调研波长1.55μm的传输损失α1.55的张力依赖性，张力0.04N时传输损失α1.55为0.175dB/km；0.05N时为0.170dB/km；0.08N时为1.63dB/km；0.10N时为1.59dB/km；0.16N时为1.54dB/km；0.20N时为0.170dB/km；0.25N时为0.175dB/km。根据该结果，拔丝时张力的最佳张力值范围应考虑在0.05～0.20的范围。
本发明的光纤维及其制造方法不限于上述实施形态和实施例，可有各种各样的变形或结构的变更。例如，关于上纤维的制造方法，就不限于图1所示构成的拔丝装置的制造方法，如备有慢冷用的加热炉，也可以用由其他构成组成的拔丝装置。也可以用以慢冷以外的方法来降低瑞利损失的制造方法。
同样，光纤维或光纤维母材也能有各种各样的变形。首先，关于第1光纤维，在图3和图4所示的实施例以外，如满足粘性比的条件Rη≤2.5，也可以用各种构造的光纤维。例如，分散补偿纤维和分散位移纤维，通常其粘性比Rη都小于2.5以下，因此，与上述实施例相同，能得到传输损失的降低效果。
关于第2光纤维，例如关于包层区域的构成，在图7～图9所示的实施形态以外，如满足上述构成的条件，可用各种各样构造的光纤维。关于心线区域，在图7～图9形成添加Cl的构成，但也可以形成由纯SiO2组成的心线。
本发明的光纤维及其制造方法，如以上详细说明那样，得到以下效果。即在使用能降低瑞利散损失的光纤维的构成或制造方法的同时，根据将心线平均粘性ηo和整体平均粘性ηt的粘性比Rη＝ηo/ηt设为2.5以下的光纤维及其制方法，能确实降低瑞利损失5％以下，是基准值的95％以下，同时抑制构造不规则损失等的其他传输损失成分的发生和增大。因而，得到作为整体的传输损失充分降低的光纤维。
在用能降低瑞利散射损失的光纤维构成或制造方法的同时，根据设心线区域为纯SiO2或添加Cl的SiO2并以满足Δnc≥-0.26％的范围的添加量添加F(氟)构成包层区域的光纤维及其制造方法，能确实降低瑞利散射损失，同能防止构造不规则损失等的瑞利散射损失以外的传输损失成分的发生和增大，实现能确定降低作为整体的传输损失的光纤维及其制造方法。
用以上构成及制造方法得到的光纤维，其传输损失非常低，因而，适用于长距离光传输系统，同时能减少设置光大放器等的中断器数量，可构筑高效光传输系统。