CN105388573A - 光缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光缆。光缆(1)具备：筒状的护套(4)；以及多个光纤，它们在护套(4)的空间4sp内以弯曲状态配置，多个光纤中的至少一个光纤成为多芯光纤(5)，在将多芯光纤(5)的串扰最差的弯曲半径设为R_Pk，将使用温度范围的最低温下的多芯光纤(5)的弯曲半径设为R_Lo，将使用温度范围的最高温下的多芯光纤(5)的弯曲半径设为R_Hi的情况下，多芯光纤(5)满足R_Pk<R_Lo或者R_Hi<R_Pk。

Description

光缆

技术领域

本发明涉及使用了多芯光纤的光缆，在抑制串扰的情况下适用。

背景技术

一般普及的光纤通信***所使用的光纤成为一条芯的外周由包层围起的构造，通过在该芯内传播光信号来传送信息。而且，伴随着光纤通信***的普及，传送的信息量飞跃性地增大。伴随着像这样的传送的信息量的增大，在光纤通信***中，通过使用多根光纤，来进行大容量的长距离光通信。另外，通过将这些光纤设置于护套内来使用线缆化的光缆。

另一方面，公知有为了减少上述光纤通信***的光纤的数量，使用通过一个包层将多个芯的外周围起的多芯光纤，通过在各个芯传播的光，使多个信号传送。

在下述专利文献1记载有将多个这样的多芯光纤捆束而线缆化的光缆。一般在多芯光纤中，有容易产生在各个芯传播的光信号彼此相互干涉的串扰的倾向。公知有该串扰取决于多芯光纤的弯曲半径，在规定的弯曲半径中成为最大。因此，在专利文献1中，为了使串扰减少，以使通过规定的式子得到的弯曲半径R_th成为最小的值的方式对多芯光纤附加弯曲构造。

专利文献1：日本特开2011-197661号公报

但是，本发明者发现在如上述专利文献1所记载的光缆那样对多芯光纤附加弯曲构造的情况下，有时存在由于施设有光缆的环境而使串扰变最坏的情况。

光缆的护套由树脂构成，光纤通常构成为：由石英构成的光纤裸线被由树脂构成的保护层覆盖。因此，护套与光纤的热膨张系数相互不同。换言之，由于施设有光缆的环境温度的变化，光纤的长度几乎不变化，但护套的长度与光纤相比有较大变化。因此，配置于护套内的光纤的弯曲半径根据环境温度而变化。由于基于该温度变化的光纤的弯曲半径的变化，成为串扰变最坏的弯曲半径，从而存在上述那样串扰变最坏的情况。但是，在上述专利文献1中没有考察温度变化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰的光缆。

本发明的光缆的特征在于，具备：筒状的护套；以及多个光纤，它们在上述护套的空间内以弯曲的状态配置，上述多个光纤中的至少一个光纤成为具有多个芯的多芯光纤，在将上述多芯光纤的串扰最差的弯曲半径设为R_Pk，将使用温度范围的最低温下的上述多芯光纤的弯曲半径设为R_Lo，将上述使用温度范围的最高温下的上述多芯光纤的弯曲半径设为R_Hi的情况下，上述多芯光纤满足R_Pk<R_Lo或者R_Hi<R_Pk。

多个光纤在护套的空间内弯曲地配置，从而光缆以具有规定的可挠性的方式适当地施设。而且，如上述那样在通常的光缆中，护套主要由树脂构成，光纤主要由石英构成。石英的热膨胀系数非常小，因此温度变化下的长度的变化相对光纤护套更大。因此，多芯光纤的弯曲半径在使用温度范围的最低温最小，在使用温度范围的最高温最大。因此，使用温度范围的最低温下的多芯光纤的弯曲半径R_Lo满足R_Pk＜R_Lo，由此在使用温度范围温度变化的情况下，多芯光纤的弯曲半径也不会成为R_Pk。同样，使用温度范围的最高温下的多芯光纤的弯曲半径R_Hi满足R_Hi＜R_Pk，由此在使用温度范围温度变化的情况下，多芯光纤的弯曲半径也不会成为R_Pk。这样，多芯光纤的弯曲半径满足R_Pk<R_Lo或者R_Hi<R_Pk，由此能够避免串扰最坏的状态。这样根据本发明的光缆，在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰。

另外，上述多个光纤也可以被扭转捆束。

如以上那样，根据本发明，提供在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰的光缆。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的光缆的剖视图。

图2是表示图1的多芯光纤的剖视图。

图3是表示在图1的光缆中将多个多芯光纤捆束的状态的图。

图4是表示从与长边方向垂直的方向观察图1的光缆的情况下的多芯光纤的状态的图。

图5是表示多芯光纤的弯曲半径与串扰的关系的图。

图6是表示实施例的光缆的-30℃、25℃、70℃下的串扰的图。

图7是表示实施例的光缆的串扰的温度依赖性的图。

附图标记的说明

1...光缆；4...护套；5...多芯光纤；10...芯元件；11...芯；12...内部包层；13...凹槽(trench)层；20...包层；31...保护层；32...着色层；41...护套主体部；42...强化部件。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光缆的适当的实施方式详细地进行说明。

图1是表示本发明的第一实施方式的光缆的剖视图。如图1所示那样，本实施方式的光缆1具备护套4以及多个多芯光纤5。此外，在本实施方式中示出多芯光纤5为七条的例子。

护套4成为与长边方向垂直的剖面的形状为圆筒状的形状，该剖面的中心部成为圆形的空洞。该护套4由护套主体部41与强化部件42构成。护套主体部41由树脂构成，形成护套4的外形。作为构成护套主体部41的树脂例如可举出热塑性树脂。作为该热塑性树脂，例如可举出聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、氟乙烯或者聚丙烯(PP)等树脂。强化部件42由金属制的线材构成，是对光缆1给予强度的部件。强化部件42例如由铜、铁、镍、不锈钢或者纤维强化塑料(FRP)等构成。

图2是表示图1的多芯光纤的剖视图。本实施方式的多芯光纤5具备：多个芯元件10；包层20，其包围各个芯元件10整体并且填埋各个芯元件10之间，包围各个芯元件10的外周面；保护层31，其覆盖包层20的外周面；以及着色层32，其覆盖保护层31的外周面。在本实施方式中，以配置有12个芯元件10的多芯光纤为例子进行说明。

由多个芯元件10与包层20构成的多芯光纤裸线由至少一部分添加了掺杂剂的石英构成，保护层31、着色层32由树脂构成。石英与强化部件42所使用的金属相比热膨胀系数小，与护套主体部41所使用的树脂相比热膨胀系数非常小。因此，各个多芯光纤5与护套4相比由温度变化引起的长度的变化非常小。

各个芯元件10具有：芯11；内部包层12，其包围芯11的外周面；以及凹槽层13，其包围内部包层12的外周面。另外，各个芯元件10配置为，相互以最短距离邻接的各个芯之间的距离(芯的中心之间的距离)相互相等。具体而言，六个芯元件10配置为，各个芯11的中心位于以包层20的中心为基准的正六角形的顶点上。其他六个芯元件10配置为，芯11的中心位于比上述的正六角形更大的正六角形的顶点上，并由一个外侧的芯元件10的中心与两个内侧的芯元件10的中心形成正三角形。在本实施方式中，各个芯11的直径相互相等，各个内部包层12的外径相互相等，各个凹槽层13的外径相互相等。因此，各个内部包层12的厚度相互相等，并且各个凹槽层13的厚度相互相等。

另外，各个芯11的折射率相互相等，各个内部包层12的折射率相互相等，各个凹槽层13的折射率相互相等。而且，芯11的折射率比包层20的折射率高，另外，内部包层12的折射率比芯11的折射率低，凹槽层13的折射率比内部包层12的折射率以及包层20的折射率低。因此，在从折射率的观点观察各个芯元件10的情况下，各个芯元件10由于凹槽层13比内部包层12以及包层20低，因此具有凹槽构造。此外，为了波长分散特性的调整而适当地设定内部包层12的折射率与包层20的折射率的关系。

这样凹槽层13的折射率比内部包层12的折射率以及包层20的折射率小，从而光相对包层20侧而更靠近芯11。因此，针对芯11的光的封入效果变好，能够减少在芯11传播的光从各个芯元件10泄漏。而且，折射率低的凹槽层13以及包层20成为屏障，能够降低相互邻接的芯11彼此的串扰。

此外，与上述不同，为了使相互邻接的芯11的实效折射率不同，可以使相互邻接的芯11的直径、折射率相互不同，可以使相互邻接的内部包层12的外径、折射率相互不同，也可以使相互邻接的凹槽层13的外径、折射率相互不同。像这样相互邻接的芯的实效折射率不同，由此相互邻接的芯的传播常数不同，从而能够进一步减少串扰。

接下来对多个多芯光纤5的配置进行说明。图3是表示在图1的光缆中将多个多芯光纤5捆束的状态的图。另外，图4是表示从与长边方向垂直的方向观察图1的光缆1的情况下的多芯光纤5的状态的图。但是，在图4中，为了容易理解，仅记载一条多芯光纤5，省略其他多芯光纤5。另外，在以下的说明中称为弯曲半径的情况下，是指平均的弯曲半径。

如图3所示，若图1所示的多个多芯光纤5暂时以最密地捆束的状态下配置于护套4的空间4sp内，则在多个多芯光纤5的外接圆C与护套4的内壁之间产生最大的距离a的空隙。换言之，多个多芯光纤5配置为在护套4的空间4sp内具有空间的富余，在图1所示的状态下，在各个多芯光纤5之间产生空隙。而且，如图4所示那样，各个多芯光纤5以在护套4的空间4sp内弯曲的状态下配置。此处，在常温T₀，将护套4的长度设为L₁，将在该护套4的空间4sp内弯曲配置的各个多芯光纤5的长度设为L₂。在该情况下，满足下述式(1)。

L₁＜L₂…(1)

此外，配置的各个多芯光纤5的长度L₂大致一致。另外，在该情况下，常温T₀下的多芯光纤5的余长率L用下述式(2)表示。

$L=\frac{L_2-L_1}{L_1}...\left(2\right)$

在该情况下，若将护套4的线膨胀率设为k，则处于光缆的使用温度范围的温度T下的多芯光纤5的弯曲半径R用下述式(3)表示。

$R=\frac{a}{4(L-k(T_0-T))}...\left(3\right)$

该弯曲半径R在如图1那样各个多芯光纤5分散配置的情况下，若在电缆全长部平均观察，则几乎收敛于从上述式(3)导出的弯曲半径R。此外，多芯光纤5的线膨胀系数与护套4的线膨腺系数相比较小，因此对弯曲半径R的影响小到能够忽略。因此，在式(3)中，省略多芯光纤5的线膨胀系数。

接下来，对多芯光纤的弯曲半径与串扰的关系进行说明。

图5是表示多芯光纤的弯曲半径与串扰的关系的图。在多芯光纤中，若将相互邻接的芯的一方的实效折射率设为n_eff1，另一方设为n_eff2，则实效折射率差Δn_eff用下述式(4)表示。

Δn_eff＝|n_eff1-n_eff2|…(4)

在弯曲多芯光纤的情况下，若使其弯曲半径变化，则各个芯的实效层折率变化，如图5所示，在规定的弯曲半径R_Pk串扰成为峰值。因此，若将这些芯的芯之间距离设为D，则串扰成为峰值的多芯光纤的弯曲半径R_Pk用下述式(5)表示。

$R_{Pk}=\frac{n_{eff1}}{{\mathrm{\&Delta;n}}_{eff}}D...\left(5\right)$

在上述所示的弯曲半径R在使用温度范围变化的情况下，若光缆中的多芯光纤5的弯曲半径不与弯曲半径R_Pk一致，则能够避免多芯光纤5的串扰最坏的状态。

具体而言，如图5所示，将使用温度范围的最低温设为T_Lo的情况下的多芯光纤5的弯曲半径R_Lo比弯曲半径R_Pk大即可。换言之，R_Pk＜R_Lo即可。若使用上述式(3)、(5)来表示此处，则多芯光纤以满足下述式(6)的方式配置于护套4内，由此能够避免多芯光纤5的串扰最坏的状态。

$R_{Pk}<\frac{a}{4(L-k(T_0-T_{Lo}))}...\left(6\right)$

或者，如图5所示，将使用温度范围的最高温设为T_Hi的情况下的多芯光纤5的弯曲半径R_Hi比弯曲半径R_Pk小即可。换言之，R_Hi＜R_Pk即可。若使用上述式(3)、(5)来表示此处，则多芯光纤以满足下述式(7)的方式配置于护套4内，由此能够避免多芯光纤5的串扰最坏的状态。

$\frac{a}{4(L-k(T_0-T_{Hi}))}<R_{Pk}...\left(7\right)$

多芯光纤5满足式(6)或式(7)即可的理由如下。即，若将光缆1低温的状态与高温的状态进行比较，则热膨胀系数较大的护套4的长度L₁在低温的状态与高温的状态有较大的不同。但是，多芯光纤5与护套4相比热膨胀系数非常小，因此多芯光纤5的长度L₂与护套4的长度L₁相比由温度变化产生的变化非常小。因此，光缆1内的多芯光纤5的余长率L相对低温的状态高温的状态更小。因此，多芯光纤5的弯曲半径R相对低温的状态高温的状态更大。因此，通过如上述那样多芯光纤5配置于护套4内，能够防止光缆1内的多芯光纤5的弯曲半径与弯曲半径R_Pk一致。

如以上说明的那样本实施方式的光缆1具备：筒状的护套4；以及多个多芯光纤5，它们以弯曲的状态配置于护套的空间4sp内，多芯光纤5满足R_Pk＜R_Lo或者R_Hi＜R_Pk。根据这样的光缆1，多个多芯光纤5在护套4的空间4sp内弯曲地配置，从而光缆1具有规定的可挠性适当地施设。而且，护套4主要由树脂构成，多芯光纤5主要由石英构成。因此，基于温度变化的长度的变化相对多芯光纤5护套4更大。因此，多芯光纤5的弯曲半径R在使用温度范围的最低温T_Lo时最小，在使用温度范围的最高温T_Hi时最大。因此，温度T_Lo下的多芯光纤5的弯曲半径R_Lo满足R_Pk＜R_Lo，由此在使用温度范围温度变化的情况下，多芯光纤5的弯曲半径R也不会成为R_Pk。同样，温度T_Hi下的多芯光纤5的弯曲半径R_Hi满足R_Hi＜R_Pk，由此在使用温度范围内温度变化的情况下，多芯光纤的弯曲半径R不会成为R_Pk。这样多芯光纤半径R满足R_Pk＜R_Lo或者R_Hi＜R_Pk，由此能够避免串扰最坏的状态。因此，根据本实施方式的光缆1，在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰。

以上，在本发明中，以实施方式为例进行了说明，但本发明不限定于这些。

例如，在上述实施方式中，配置于护套4内的光纤全部为多芯光纤5，但至少一个光纤成为多芯光纤5即可，也可以加入多芯光纤5以外的光纤。

另外，在上述实施方式中，如图1所示成为配置于护套4内的多芯光纤5未被捆束的状态，但也可以如图3所示配置于护套4内的多芯光纤5被捆束。像这样捆束多芯光纤5通过将多个多芯光纤5扭转来捆束即可。这样将多个多芯光纤5捆束并扭转的情况下，扭转的间距较大因此由扭转引起的对多芯光纤5的弯曲半径R的影响非常小，因此能够忽略。

实施例

以下，列举实施例以及比较例对本发明的内容更具体地进行说明，但本发明不限定于此。

准备10条图2所示的芯元件为12个的多芯光纤。这些多芯光纤包层的外径为230mm，着色层的外径为370mm。接下来，将这些多个多芯光纤配置于图1所示的护套的空间内。电缆的常温下的长度L₁为2000m。这样的光缆的使用温度范围为-30℃～70℃。护套内的多芯光纤5的使用温度范围的最高温下的弯曲半径R_Hi比串扰最坏的弯曲半径R_Pk小。换言之，在本实施例中，多芯光纤的弯曲半径如上述的那样设计护套的内径。

接下来，针对制成的光缆，进行-30℃～70℃的温度循环试验，入射波长1550nm的光，测定-30℃、25℃、70℃下的串扰。同样，入射波长1625nm的光，测定-30℃、25℃、70℃下的串扰。图6示出其结果。另外，图7示出通过该结果求出的光缆的串扰的温度依赖性。如图6、图7所示可知即使是最大的串扰，也约为-50dB，能够维持良好的串扰。

根据以上可知，根据本发明的光缆，在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰。

如以上说明那样，根据本发明，提供在环境温度变化的情况下也能够抑制串扰的光缆，能够在光通信等领域中利用。

Claims (4)

1.一种光缆，其特征在于，具备：

筒状的护套；以及

多个光纤，所述多个光纤在所述护套的空间内以弯曲的状态配置，

所述多个光纤中的至少一个光纤为具有多个芯的多芯光纤，

在将所述多芯光纤的串扰最差的弯曲半径设为R_Pk，将使用温度范围的最低温下的所述多芯光纤的弯曲半径设为R_Lo，将所述使用温度范围的最高温下的所述多芯光纤的弯曲半径设为R_Hi的情况下，所述多芯光纤满足R_Pk<R_Lo或者R_Hi<R_Pk。

2.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，

在将使所述多个光纤成为束的情况下所述束与所述护套的内壁的间隙的平均大小设为a，将所述多个光纤的所述护套内的余长率设为L，将所述护套的线膨胀系数设为k，将常温设为T₀，将所述使用温度范围的最低温设为T_Lo的情况下，所述多芯光纤满足

$R_{Pk}<\frac{a}{4(L-k(T_0-T_{Lo}))}.$

3.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，

在将使所述多个光纤成为束的情况下所述束与所述护套的内壁的间隙的平均大小设为a，将所述多个光纤的所述护套内的余长率设为L，将所述护套的线膨胀系数设为k，将常温设为T₀，将所述使用温度范围的最高温设为T_Hi的情况下，所述多芯光纤满足

$\frac{a}{4(L-k(T_0-T_{Hi}))}<R_{Pk}.$

4.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，

所述多个光纤被扭转捆束。