JP2019152811A - 光ファイバ、光ファイバ心線および光伝送システム - Google Patents

光ファイバ、光ファイバ心線および光伝送システム Download PDF

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Abstract

【課題】実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を容易に図ることができる光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバ１Ａは、コア１０とクラッド２０とを含むガラスファイバ２Ａと、前記ガラスファイバ２Ａに接して前記ガラスファイバ２Ａを取り囲む第１樹脂被覆層３１と、前記第１樹脂被覆層３１を取り囲み前記第１樹脂被覆層３１のヤング率より大きいヤング率を有する第２樹脂被覆層３２と、を備える。波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、前記第１樹脂被覆層３１の無偏肉率が６０％以上８０％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ、光ファイバ心線および光伝送システムに関するものである。
信号光を伝送する光伝送路として光ファイバを用いる光伝送システムにおいて、信号対雑音比（ＳＮ比）を改善するため、光ファイバは低損失かつ低非線形性であることが要求される。光ファイバの非線形性を低減するためには、光ファイバの実効断面積を大きくすることが有効である。一方で、光ファイバの実効断面積を拡大するためにコア径を拡大すると、高次モードが伝搬してしまう。そこで、モード間の干渉による信号劣化を防ぐため、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５０.１に記載されるケーブルカットオフ波長は、信号光波長以下であることが要求され、例えばＣバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）の信号光を伝搬させる場合には１５３０ｎｍ以下であることが要求される。
１５３０ｎｍ以上の波長において実効的にシングルモードにするとともに実効断面積を拡大することができる光ファイバの屈折率分布として、Ｗ型またはトレンチ型の屈折率分布が知られている。これらの屈折率分布では、単純なステップ型屈折率分布と比較して、高次モードの曲げ損失のみ大きくすることができるので、所望のカットオフ波長を維持しつつ実効断面積を拡大することができる。
従来では、実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上は、光ファイバの屈折率分布の設計・調整によりなされていた（非特許文献１，２を参照）。
T. Kato et al., Electron. Lett.,vol.35. pp.1615-1617, 1999. M. Bigot-Astruc, et al., ECOC’08,paper Mo.4.B.1
光ファイバの屈折率分布の設計・調整により実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を図る場合には、光ファイバ構造が複雑化し、量産性（製造トレランス）が悪化する場合がある。本発明者らは、鋭意研究を行った結果、コアおよびクラッドを含むガラスファイバを取り囲む樹脂被覆層を適切な断面形状とすることで、光ファイバの実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を図ることができることを見出した。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を容易に図ることができる光ファイバおよび光ファイバ心線を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光ファイバを信号光伝送路として備えＳＮ比を向上することができる光伝送システムを提供することをも目的とする。
本発明の光ファイバは、コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を含むガラスファイバと、前記ガラスファイバに接して前記ガラスファイバを取り囲む第１樹脂被覆層と、前記第１樹脂被覆層を取り囲み前記第１樹脂被覆層のヤング率より大きいヤング率を有する第２樹脂被覆層と、を備える。さらに、本発明の光ファイバでは、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、前記第１樹脂被覆層の無偏肉率が６０％以上８０％以下である。
本発明の光ファイバは、実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を容易に図ることができる。
図１は、光ファイバ１Ａの断面および屈折率分布を示す図である。 図２は、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率とケーブルカットオフ波長との間の関係を示すグラフである。 図３は、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率と波長１５５０ｎｍにおける伝送損失との間の関係を示すグラフである。 図４は、光ファイバ１Ｂの断面および屈折率分布を示す図である。 図５は、光ファイバ心線１Ｃの断面を示す図である。 図６は、光伝送システム１００の構成を示す図である。
本発明の光ファイバは、コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を含むガラスファイバと、前記ガラスファイバに接して前記ガラスファイバを取り囲む第１樹脂被覆層と、前記第１樹脂被覆層を取り囲み前記第１樹脂被覆層のヤング率より大きいヤング率を有する第２樹脂被覆層と、を備える。さらに、本発明の光ファイバでは、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、前記第１樹脂被覆層の無偏肉率が６０％以上８０％以下である。
本発明の光ファイバでは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７４ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。前記クラッドが、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より低い屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より低く前記内クラッドの屈折率より高い屈折率を有する外クラッドと、を含むのが好適である。前記コアが、中心に設けられたディプレストと、前記ディプレストを取り囲み前記ディプレストの屈折率より高い屈折率を有するリングコアと、を含むのが好適である。
本発明の光ファイバ心線は、上記の本発明の光ファイバと、前記光ファイバの前記第２樹脂被覆層を取り囲む着色層とを備え、前記着色層の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下である。本発明の光伝送システムは、上記の本発明の光ファイバを光伝送路として備える。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１は、光ファイバ１Ａの断面および屈折率分布を示す図である。光ファイバ１Ａは、シリカガラスを主成分とするガラスファイバ２Ａと、このガラスファイバ２Ａを取り囲む第１樹脂被覆層３１と、この第１樹脂被覆層３１を取り囲む第２樹脂被覆層３２と、を備える。第１樹脂被覆層３１および第２樹脂被覆層３２は、紫外線硬化型樹脂からなる。第２樹脂被覆層３２のヤング率は、第１樹脂被覆層３１のヤング率より大きい。
ガラスファイバ２Ａは、コア１０と、このコア１０を取り囲むクラッド２０と、を含む。クラッド２０の屈折率は、コア１０の屈折率より低い。クラッド２０は、コア１０を取り囲む内クラッド２１と、内クラッド２１を取り囲む外クラッド２２と、を含むＷ型屈折率分布の構成であってもよい。この場合、内クラッド２１の屈折率は、コア１０の屈折率より低い。外クラッド２２の屈折率は、コア１０の屈折率より低く、内クラッド２１の屈折率より高い。
このようなガラスファイバ２Ａの屈折率分布を実現するために、例えば、コア１０は実質的に純シリカガラスからなり、クラッド２０はフッ素を含むシリカガラスからなる。或いは、コア１０はＧｅＯ２を含むシリカガラスからなり、内クラッド２１はフッ素を含むシリカガラスからなり、外クラッド２２は実質的に純シリカガラスからなる。
光ファイバ１Ａに側方から外力（側圧）が付与されると、ガラスファイバ２Ａの屈折率が微小に変化し、コア１０を伝搬する光がクラッドモードに結合して漏洩損失が生じる。一般に、光ファイバ１Ａの外周には２層以上の被覆（第１樹脂被覆層３１、第２樹脂被覆層３２）が設けられるが、ガラスファイバ２Ａに隣接する第１樹脂被覆層３１は、側圧によるガラスファイバ２Ａの屈折率変動に与える影響が大きい。
伝搬モードとクラッドモードとの間の実効屈折率の差が小さいほど、伝搬モードからクラッドモードへの結合が生じやすくなる。伝搬モードのなかでも高次モードは、基底モードと比較して実効断面積が大きい。それ故、屈折率が低いクラッド２０の影響でクラッドモードの実効屈折率は低くなり、伝搬モードとクラッドモードとの間の実効屈折率差は小さくなる。このことから、高次モードは第１樹脂被覆層３１の形状変化による漏洩損失が生じやすいと言える。
したがって、光ファイバ１Ａの第１樹脂被覆層３１の長手方向の形状を適切に制御することによって、基底モードの散乱損失を低く保ちつつ、高次モードの散乱損失を選択的に大きくすることができる。これにより、カットオフ波長を所望の範囲に維持しつつ、実効断面積を拡大することができる。第１樹脂被覆層３１の長手方向の形状制御は、例えば、線引直後のガラスファイバに塗布した樹脂を硬化させる為に照射する紫外線の照射時間もしくはパワーの調整、または、紫外線照射により樹脂を硬化させた後の光ファイバをボビンに巻き取る際の条件の調整によって、容易に可能である。
図１に示される構造を有する光ファイバ１Ａを製造してケーブルカットオフ波長および伝送損失を評価した。コア１０の外径２ａを１２μｍとし、内クラッド２１の外径２ｂを３６μｍとした。内クラッド２１に対し、コア１０の比屈折率差Δ１を０.３２％とし、外クラッド２２の比屈折率差Δ２を０.０６％とした。光ファイバ１Ａの第１樹脂被覆層３１の無偏肉率を様々な値とした。第１樹脂被覆層３１の無偏肉率[％]は、ファイバ軸に垂直な断面における第１樹脂被覆層３１の径方向の最小厚さ及び最大厚さに対し、（最小厚さ／最大厚さ）×１００ で定義される。
図２は、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率とケーブルカットオフ波長との間の関係を示すグラフである。図２に示されるように、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率が低くなると、ケーブルカットオフ波長が短くなる。図３は、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率と波長１５５０ｎｍにおける伝送損失との間の関係を示すグラフである。図３に示されるように、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率がおよそ６０％より低くなると、伝送損失が増加する。図２および図３から、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率をおおよそ６０％以上８０％とすることで、伝送損失の増加を抑制しつつ実効断面積の拡大が可能であることがわかる。
光ファイバ１Ａは、図１に示される構造を有し、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、第１樹脂被覆層３１の無偏肉率が６０％以上８０％以下である。このような光ファイバ１Ａは、実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を容易に図ることができる。また、好適には、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７４ｄＢ／ｋｍ以下である。
以上では、一例としてＷ型屈折率分布を有する光ファイバについて説明をしたが、屈折率分布の形状はこれに限られない。例えば、単純なステップ型、トレンチ型または空孔付与型などの屈折率分布を有する光ファイバにおいても、本手法の適用が可能である。また、図４に示される構造を有する光ファイバ１Ｂであってもよい。
図４は、光ファイバ１Ｂの断面および屈折率分布を示す図である。この図に示される光ファイバ１Ｂでは、ガラスファイバ２Ｂのコア１０は、ディプレスト１１およびリングコア１２を含む。リングコア１２は、中心に設けられたディプレスト１１を取り囲む。ディプレスト１１の屈折率は、外クラッド２２の屈折率より高い。リングコア１２の屈折率は、ディプレスト１１の屈折率より高い。
このような構造を有する光ファイバ１Ｂにおいても、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、前記第１樹脂被覆層の無偏肉率が６０％以上８０％以下である。このような光ファイバ１Ｂも、実効断面積の拡大および曲げ損失特性の向上を容易に図ることができる。また、好適には、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７４ｄＢ／ｋｍ以下である。
また、このような構造を有する光ファイバ１Ｂは、モードフィールド径を維持しつつ、実効断面積を拡大することができる。つまり、光ファイバ１Ｂは、汎用シングルモード光ファイバとの接続損失の増加を抑制しつつ、非線形性を低くすることが可能となる。
図５は、光ファイバ心線１Ｃの断面を示す図である。この図に示される光ファイバ心線１Ｃは、図１に示された光ファイバ１Ａにおいて第２樹脂被覆層３２を取り囲む着色層３３を備える。着色層３３の外径は１８０μｍ以上２１０μｍ以下である。通常の光ファイバ心線は着色層も含めて外径がおよそ２５０μｍであるが、近年では、光ファイバ心線を外径２００μｍまで細径化して、複数の光ファイバ心線を含む光ケーブルの高密度化が検討されている。このような細径化した光ファイバ心線では曲げ損失特性の向上が要求される。本実施形態の光ファイバ心線１Ｃは、細径化した場合であっても、曲げ損失特性の改善が可能である。
図６は、光伝送システム１００の構成を示す図である。この図に示される光伝送システム１００では、光送信器１１０から送出された例えばＣバンドの信号光は、光伝送路１３０により伝送されて、光受信器１２０により受信される。この光伝送システム１００は本実施形態の光ファイバを光伝送路１３０として備え、その光伝送路１３０は低損失かつ低非線形性である。このことから、光伝送システム１００は、ＳＮ比が改善され、長距離・大容量の信号光の伝送が可能である。
１Ａ，１Ｂ…光ファイバ、１Ｃ…光ファイバ心線、２Ａ，２Ｂ…ガラスファイバ、１０…コア、１１…ディプレスト、１２…リングコア、２０…クラッド、２１…内クラッド、２２…外クラッド、３１…第１樹脂被覆層、３２…第２樹脂被覆層、３３…着色層、１００…光伝送システム、１１０…光送信器、１２０…光受信器、１３０…光伝送路。

Claims (6)

  1. コアと、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと、を含むガラスファイバと、
    前記ガラスファイバに接して前記ガラスファイバを取り囲む第１樹脂被覆層と、
    前記第１樹脂被覆層を取り囲み前記第１樹脂被覆層のヤング率より大きいヤング率を有する第２樹脂被覆層と、
    を備え、
    波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ２以上１８０μｍ２以下であり、
    ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、
    前記第１樹脂被覆層の無偏肉率が６０％以上８０％以下である、
    光ファイバ。
  2. 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７４ｄＢ／ｋｍ以下である、
    請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記クラッドが、前記コアを取り囲み前記コアの屈折率より低い屈折率を有する内クラッドと、前記内クラッドを取り囲み前記コアの屈折率より低く前記内クラッドの屈折率より高い屈折率を有する外クラッドと、を含む、
    請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 前記コアが、中心に設けられたディプレストと、前記ディプレストを取り囲み前記ディプレストの屈折率より高い屈折率を有するリングコアと、を含む、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバと、前記光ファイバの前記第２樹脂被覆層を取り囲む着色層と、を備え、
    前記着色層の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下である、
    光ファイバ心線。
  6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバを光伝送路として備える光伝送システム。
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