JP2009229120A

JP2009229120A - 光ファイバの光学特性測定方法

Info

Publication number: JP2009229120A
Application number: JP2008071902A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oyamada; 浩小山田; Masaru Inoue; 大井上
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: JP5137640B2

Abstract

【課題】光ファイバに曲げを与えたときの光学特性、特に曲げ損失特性を簡便かつ高い精度で評価することのできる光ファイバの光学特性測定方法を提供する。
【解決手段】コア、該コアを取り囲むクラッド及び該クラッドを取り囲む透明な樹脂被覆からなり、これらが同心円状に配置されたシングルモード光ファイバの光学特性を測定する方法において、光ファイバに所定の曲げを与え、該曲げの曲率を光ファイバの長手方向に連続的に変化させて測定することを特徴としている。
【選択図】なし

Description

本発明は、1.3〜1.625μmの波長帯で動作し、屋内配線などに好適に用いられる曲げ損失特性に優れた樹脂被覆シングルモード光ファイバの曲げ損失特性を簡便かつ正確に評価する、光ファイバの光学特性測定方法に関する。

光ファイバの曲げ損失を測定する方法として、光ファイバを所定の外径のマンドレルに巻き付けて曲げを与え、測定する方法が知られている（非特許文献１参照）。図１は、その説明図である。光ファイバ１は、円柱状のマンドレル２に巻き付けられて所定径の曲げが与えられる。この光ファイバの一端に光源３を接続して任意の波長の光を送り、他端にパワーメーター４を接続して光パワーを測定する。

光ファイバ１に、曲げを与えた状態でパワーメーター４によって測定された光パワーと、曲げの与えられていない状態で測定された光パワーとを比較することによって光ファイバの曲げ損失を測定することができる。
所定の屈折率分布を有する光ファイバに、一様な曲げを与えたときの曲げ損失量の理論的な解析は数々行われている。例えば、非特許文献２では、曲げ損失α（dB/turn）と曲げ半径R（m）との関係は、概ね、下記の数１式で近似させることができ、Rが小さいほどαが指数関数的に大きくなるとある。
[数１]
α＝b・exp（−c・R）
ここでb,cは、光ファイバの材質、屈折率分布及び光の波長等によって決まる定数である。

近年、インターネットを初めとする通信需要の急速な伸展により、通信容量の増大が求められており、その対応の一つとして光ファイバを電話局から各家庭まで配線するFTTH方式が注目されている。このFTTH方式で用いられる光ファイバは、電話局間の幹線に用いられる光ファイバとは異なり、屋内の狭小部分に配線されることが多く、曲率の小さな曲げを受けやすい。このため、特に曲げ特性に優れる（曲げ損失の小さな）光ファイバが求められており、このような光ファイバの曲げ損失特性は、半径15mm、10mmあるいは7.5mm等の比較的小さな径で測定される（非特許文献３参照）。

ところが、図１のマンドレル径が小さくなると、図２に示すように、光損失スペクトル波形が振動を起こし、正確な曲げ損失の評価が困難になることが知られている。このスペクトル波形の振動現象は、次のように説明することができる（非特許文献４参照）。なお、図３は、典型的な光ファイバの断面構造を略示したものであり、図４は、光ファイバに曲げを与えたときの伝搬光と漏洩光との関係を略示している。

コア５を漏洩した漏洩光12は、クラッド６を透過し、さらに被覆材７を透過し、空気層８中に漏洩して失われる。このとき、漏洩光12の一部がクラッド６と被覆材７との界面９及び被覆材７と空気との界面10で反射し、その反射光がコア５に戻って伝播光と合流する。このとき、コア５を伝播する伝播光11と、界面９で反射した反射光13または界面10で反射した反射光14との間の位相差が、光の波長又は曲げ半径Rによって連続的に変化するため、互いに干渉し光を強めあったり弱めあったりして、パワーメーター４で測定される光パワーに振動パターンが生じ、スペクトル波形の振動現象となって現れる。

このような振動パターンの影響を除去するため、非特許文献３では、被覆材の表面に光を吸収する着色を施すことにより、被覆材７と空気層８との界面10での漏洩光の反射を抑制する方法が紹介されている。

図５は、同一の光ファイバの被覆表面に着色を施した場合と施さない場合のそれぞれについて、曲げ半径7.5mmで測定した曲げ損失スペクトルの測定例を示したものであり、曲げ損失スペクトル21は光ファイバに着色を施した場合、曲げ損失スペクトル22は着色を施さない場合のものである。図からは、着色によって短周期（図では約50nm周期で反射した光との干渉パターンに相当）で出現する振動パターンが効果的に低減されていることが認められる。
しかし、この方法を採用しても、長周期（界面９で反射した光との干渉パターンに相当）で出現する振動パターンは本質的に除去されないという問題がある。この現象は、曲げ半径を小さくしたときに特に顕著となる。

図６に、曲げ半径５mmの場合の曲げ損失スペクトル23の測定例を示した。これから光ファイバの被覆表面に着色を施したことにより、短周期の振動は低減されているが、長周期の振動は全く除去されていないのが認められるが。図５の曲げ損失スペクトル21でも、波長1400nm付近に屈曲点を確認することができ、この波長範囲に収まりきれない長周期の振動パターンの影響が残っていることが明らかである。

また、非特許文献１によると、このような振動現象が生じた場合には、指数関数的な曲線でフィッティングすることにより、真の曲げ損失を評価するというガイドラインが設けられている。このような長周期の振動に対しては、測定波長範囲を大きく取らないと精度の良いフィッティングが不可能であるが、一般的なシングルモード光ファイバの場合、高次モードの影響やパワーメーターの感度領域を考慮すると、概ね1300〜1700nm程度の領域を測定するのが精一杯であるため、200nm程度の長周期の振動が重畳しているような測定データからは、実質的に精度の良いフィッティング式は不可能となる。

IEC 60793-1-47:2006,"Optical Fibres−Part 1-47:Measurementmethods and test procedures−Macrobending loss") Jun-ichi Sakai and Tatsuya Kimura,"Bending loss of propagationmodes in arbitrary-index profile optical fibers,"AppliedOptics,vol.17,No.10,pp.1499-1506,(1978)) ITU-T G.657(12/2006)"Characteristics of a bending lossinsensitive single mode optical fibre and cable for the access network") Luca Faustini and Giuseppe Martini,"Bend loss in single-mode fibes"，Journalof Lightwave Technology，vol.15，No.4，pp.971-679，(1997)）

本発明の目的は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバに曲げを与えたときの光学特性、特に曲げ損失特性を簡便かつ高い精度で評価することのできる光ファイバの光学特性測定方法を提供することにある。

本発明の光ファイバの光学特性測定方法は、コア、該コアを取り囲むクラッド及び該クラッドを取り囲む透明な樹脂被覆からなり、これらが同心円状に配置されたシングルモード光ファイバの光学特性を測定する方法において、光ファイバに所定の曲げを与え、該曲げの曲率を光ファイバの長手方向に連続的に変化させて測定することを特徴としている。この光ファイバに与える曲げには、例えば、楕円形状が挙げられ、この楕円形状の長径/短径比を２以下とするのが好ましい。測定する光学特性として、与えられた曲げによる光損失量の測定が挙げられる。

本発明によれば、曲げの曲率を光ファイバの長手方向に連続的に変化させることにより、漏洩光の反射光と伝播光との干渉によって生じる曲げ損失スペクトルの振動現象を簡単かつ効果的に抑制することができるとともに、一様な円形状の曲げ損失との差異を実用上差し支えない程度に抑制することができ、光ファイバの曲げ損失特性を簡便かつ高い精度で評価することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図７において、曲げ損失スペクトル31は、本発明の測定方法で測定したものであり、具体的には、被覆表面に着色を施した光ファイバを長径6mm、短径5mmの楕円柱に一周させて連続的に曲率が変化する曲げを与えて測定したものである。曲げ損失スペクトル32は、比較例として、被覆表面に着色を施した光ファイバを直径10mmの円柱に一周させて曲率の一様な曲げを与え、測定したものである。曲げ損失スペクトル33は、さらに別の比較例として、被覆表面に着色を施していない光ファイバを直径10mmの円柱に一周させて曲率の一様な曲げを与えて測定したものである。
図７から、本発明の測定方法による曲げ損失スペクトル31は、曲げ損失スペクトル32,33に対して、図５，６で見られた短周期及び長周期の振動パターンが効果的に除去されているのが認められる。

ケーブルカットオフ波長1110nm、波長1310nmにおけるモードフィールド直径9.2μmのG.652規格シングルモード光ファイバの一様な曲げ半径R（mm）と単位長さ当たりの曲げ損失（dB/m）との関係を非特許文献２の数１式を用いて計算し、その結果を図８に示した。
同様にして、ケーブルカットオフ波長1300nm、波長1310nmにおけるモードフィールド直径7.5μmのG.657規格シングルモード光ファイバの一様な曲げ半径R（mm）と単位長さ当たりの曲げ損失（dB/m）との関係を図9に示した。
図８，９から、曲げ半径と曲げ損失とは指数関数的関係にあることが認められ、これらのフィッティング式をexp（−k・R）と表すとき、指数係数kは、概ね0.5〜2.6の範囲内にある。

図10は、光ファイバに長径ａ、短径ｂの楕円形状の曲げを１周与えたときの曲げ損失α_eと、半径ｂの一様な円形状の曲げを１周与えたときの曲げ損失α_cとの損失比（α_e/α_c）を楕円の長径/短径比（ａ/ｂ）の関数で表したものである。
図10から、指数係数k＝0.5〜1.5の範囲内においては、ａ/ｂを概ね1.2以下に設定すれば、一様な円形状の曲げ損失との差異を１割程度に抑制することができる。また、k＝2.5の場合でも、ａ/ｂを概ね1.1以下に設定すれば、一様な円形状の曲げ損失との差異を１割程度に抑制することができる。

すなわち、ａ/ｂを概ね1.2以下もしくは1.1以下に設定すれば、本発明の測定方法によって測定された光ファイバの曲げ損失特性は、漏洩光の反射光と伝播光との干渉によって生じる曲げ損失スペクトルの振動が抑制される上、一様な円形状の曲げ損失との差異を実用上差し支えない程度に抑制することができる。

光ファイバの曲げ損失特性の簡便かつ高い精度での測定が可能となる。

従来の光ファイバの曲げ損失測定方法の概略を示す説明図である。巻き径が小さい場合の光ファイバの曲げ損失スペクトルを示すグラフである。典型的な光ファイバの断面構造を略示したものである。光ファイバに曲げを与えたときの伝搬光と漏洩光との関係を説明する概略図である。光ファイバの被覆表面に着色を施した場合と施さない場合の曲げ損失スペクトルの測定例を示すグラフである。被覆表面に着色を施した光ファイバに一様な円形状の曲げを与えて測定した、曲げ損失スペクトルを示すグラフである。本発明の実施例及び比較例として測定した曲げ損失スペクトルを示すグラフである。数１式を用いて計算した、一様な曲げ半径と単位長さ当たりの曲げ損失との関係を示すグラフである。図８のものとは異なる規格の光ファイバについて計算した、一様な曲げ半径と単位長さ当たりの曲げ損失との関係を示すグラフである。光ファイバに楕円形状の曲げを与えたときの曲げ損失α_eと、一様な円形状の曲げを与えたときの曲げ損失α_cとの損失比（α_e/α_c）を楕円の長径/短径比（ａ/ｂ）の関数で表したグラフである。

符号の説明

１．光ファイバ、
２．マンドレル、
３．光源、
４．パワーメーター、
５．コア、
６．クラッド、
７．被覆材、
８．空気中、
９．界面、
１０．界面、
１１．伝播光、
１２．漏洩光、
１３，１４．反射光、
２１，２２，２３，３１，３２，３３．曲げ損失スペクトル。

Claims

コア、該コアを取り囲むクラッド及び該クラッドを取り囲む透明な樹脂被覆からなり、これらが同心円状に配置されたシングルモード光ファイバの光学特性を測定する方法において、光ファイバに所定の曲げを与え、該曲げの曲率を光ファイバの長手方向に連続的に変化させて測定することを特徴とする光ファイバの光学特性測定方法。
連続的に曲率を変化させて曲げられた部分が楕円形状をなす請求項１に記載の光ファイバの光学特性測定方法。
前記楕円形状の長径/短径比が２以下である請求項２に記載の光ファイバの光学特性測定方法。
与えられた曲げによる光損失量を測定する請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバの光学特性測定方法。