JP4568305B2 - 光ファイバ - Google Patents

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Description

この発明は、光通信システムにおいて信号光が伝搬する光伝送路、特に光アクセス系の光伝送路に適した光ファイバに関するものである。
光通信システムは、光伝送路を介して信号光を伝送することで、大容量情報の高速伝送を可能にする。信号光が伝搬する光伝送路としては、例えば光ファイバが適用される。従来の光通信システムでは、光ファイバの材料であるシリカガラスの波長分散が波長１．３μｍ付近で零になることから、この波長１．３μｍ付近において零分散波長を有する１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバが利用されてきた。また、波長１．３μｍ付近において零分散波長を有するとともに、１．５５μｍ帯の光通信に適した１．５５μｍ帯用シングルモード光ファイバも提案されている。さらに、シリカガラスの透過損失が波長１．５５μｍ付近で最小になる点が注目されて、上記光伝送路として、屈折率プロファイルの工夫により波長１．５５μｍ付近において零分散波長を有する分散シフト光ファイバも利用されている。このような各光ファイバの構造及び特性は、例えば非特許文献１に記載されている。
また、例えば以下の特許文献１や非特許文献２に開示されているように、波長１．３μｍと波長１．５５μｍとの間に零分散波長を有する光ファイバも提案されている。
特開平１１−２８１８４０号公報 川上彰二郎ら共著，"光ファイバとファイバ形デバイス"，培風館，1996年7月10日，第９０頁〜第１１３頁 K. Nakajima, et al., "Design consideration for1.38μｍ zero-dispersion fiber for access and metropolitan networks", 2001年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,SB-12-1 (2001) JF.LIBERT et al., "THE NEW 160 GIGABIT WDMCHALLENGE FOR SUBMARINE CABLE SYSTEM", International Wire & Cable SystemProceedings 1998, pp-377 (1-Long length test on wire mesh),
発明者らは、従来の光通信システムについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記非特許文献１には、１．５５μｍ帯用シングルモード光ファイバや分散シフト光ファイバと比較して、１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバは、１．５５μｍ帯における曲げ損失特性が劣る旨、指摘されている。このような１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバは、１．５５μｍ帯におけるマクロベンド損失及びマイクロベンド損失が大きいので、光ケーブル内に高密度実装された場合に大きな損失が生じ、また、余長処理等でコイル状に巻かれた場合にも大きな損失が生じる。そのため、１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバは、光ケーブル内への高密度実装が困難であり、コンパクトな余長処理が困難である。
また、１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバは、波長１．５５μｍ帯において絶対値の大きな波長分散を有することから、１．５５μｍ帯における高ビットレートの信号伝送が困難である。１．５５μｍ帯用シングルモード光ファイバも同様である。一方、分散シフト光ファイバは、１．３μｍ帯において絶対値の大きな波長分散を有することから、１．３μｍ帯における高ビットレートの信号伝送が困難である。
これに対し、上記特許文献１や上記非特許文献２に開示された光ファイバは、波長１．３μｍと波長１．５５μｍとの間に零分散波長を有することから、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域において絶対値が比較的小さい波長分散を有することから、この点では、双方の波長帯域における高ビットレートの信号伝送が可能となる。
しかしながら、上記特許文献１や上記非特許文献２に開示された光ファイバは、複数チャネルの多重化された信号光（ＷＤＭ信号光）を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送方式による中長距離伝送への適用を意図して設計されている。すなわち、この光ファイバは、大きなパワーの信号光が伝搬する場合であっても、非線形光学現象に起因した信号波形の劣化が抑制されるよう、できる限り大きな実効断面積を有するのが好ましい。また、この光ファイバは、中長距離伝送用光ケーブルへの適用が想定されていても、光ケーブルへの高密度実装については想定されていない。そのため、この光ファイバは、光ケーブル内に高密度実装された場合に大きなマイクロベンド損失が生じる可能性がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域において高ビットレートの信号伝送を可能にするとともに光ケーブル内への高密度実装を可能にする構造を備えた光ファイバを提供することを目的としている。
この発明に係る光ファイバは、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域における高ビットレートの信号伝送を可能にするとともに、過酷な光ケーブル実装時であっても損失の増加を効果的に抑制するよう優れた側圧耐性を有し、光ケーブル内への高密度実装を可能にするための種々の構造を備える。
具体的に、この発明に係る光ファイバは、所定軸に沿って伸びた、ＧｅＯ２が添加されたシリカガラスのコア領域と、該コア領域の外周に設けられた、シリカガラスのクラッド領域とを備え、該コア領域に相当する部分は実質的に単峰形状の屈折率プロファイル有する。さらに、この発明に係る光ファイバは、１．２６μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上のカットオフ波長と、波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下、好ましくは６．５μｍ以下のモードフィールド径を有する。なお、この明細書において、単に「カットオフ波長」というときはケーブルカットオフ波長を意味し、単に「モードフィールド径」というときはPetermann-Iモードフィールド径を意味する
上記波長１．５５μｍにおけるモードフィールド径は、６．５μｍを越える場合であっても、７．０μｍ以上かつ８．０μｍ以下であればよい。また、波長１．３μｍにおけるモードフィールド径は、５．０μｍ以上、好ましくは６．０μｍ以上であればよい。特に、波長１．３μｍにおけるモードフィールド径が５μｍ以上であれば、他の光ファイバと接続したときに、接続損失の増加を効果的に抑制することができ、また、このような光ファイバ同士を接続したときにも、軸ずれに起因した接続損失の増加を効果的に抑制することができる。
加えて、上述のような構造を備えた当該光ファイバは、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域における高ビットレートの信号伝送を可能にするため、波長１．３μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、かつ、波長１．５５μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である波長分散を、さらに有するのが好ましい。上述のような構造を備えた当該光ファイバは、側圧耐性を改善して光ケーブル内への高密度実装を可能にするため、波長１．５５μｍにおいて０．１ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンド損失を、さらに有してもよい。また、上述のような構造を備えた当該光ファイバは、光ケーブル内における高密度実装状態さらには小径曲げ状態での長期信頼性を向上させるため、プルーフテストにおいて１．２％以上のプルーフレベルを有してもよい。さらに、上述のような構成を備えた当該光ファイバは、長距離伝送を可能にするため、波長１．３μｍにおいて０．５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有してもよい。
なお、上記波長１．３μｍにおける伝送損失は０．５ｄＢ／ｋｍ以下であるが、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、この発明に係る光ファイバは、光ケーブル内における高密度実装状態さらには小径曲げ状態での長期信頼性を向上させるため、５０以上の疲労係数ｎを有するのが好ましい。プルーフテストにおける各光ファイバのプルーフレベルは、１．２％以上であるが、さらに、２％以上、３％以上、４％以上であるのがより好ましい。この発明に係る光ファイバでは、プルーフテストにおけるプルーフレベルが少なくとも１．２％以上確保されているため、当該光ファイバは光ケーブル内に高密度状態で実装されても、さらには小径に曲げられても長期信頼性が十分に確保される。ここで、プルーフテストとは、張力を光ファイバに加えるテストであって、そのときの該光ファイバのプルーフレベルは、張力印加時における該光ファイバの伸び率を意味する。このプルーフテストにおいて光ファイバに加えられる張力は、被測定対象である光ファイバの断面積等に基づいて決定され、各光ファイバ固有の値として与えられる。
この発明に係る光ファイバは、波長１．５５μｍにおいて、直径２０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましい。この場合、当該光ファイバは、光ケーブル端末でコイル状に巻かれる余長処理等の際に、小径に曲げられても損失増加が小さい。なお、この発明に係る光ファイバは、波長１．５５μｍにおいて、直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましく、さらには、波長１．５５μｍにおいて、直径１０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましい。
また、この発明に係る光ファイバは、上述のようにコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備える。クラッド領域が単一のシリカガラスで構成された場合、当該光ファイバの屈折率プロファイルは、コア領域に相当する部位が実質的に単峰形状であり、クラッド領域に相当する部位が実質的に一定形状を有する。また、クラッド領域は、屈折率の小さい内側クラッドと該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドとを備えたディプレストクラッド構造であってもよい。いずれの場合も、プロファイル形状が比較的単純であるので光ファイバの製造が容易である。なお、当該光ファイバの屈折率プロファイルは、コア領域に相当する部分のうち最大屈折率を取る部位から該最大屈折率が半減する部位までの範囲において、α＝１〜５のα乗分布に近似した形状であるのが好ましい。
上述のような屈折率プロファイルは、コア領域がＧｅＯ２が添加されたシリカガラスで構成され、クラッド領域が純シリカガラスあるいはＦが添加されたシリカガラスで構成されることにより得られる。また、クラッド領域がディプレストクラッド構造を有する場合、内側クラッドがＦが添加されたシリカガラスで構成され、外側クラッドが純シリカガラスで構成されることによりディプレストクラッド構造が得られる。このように、屈折率調整用の添加物が各ガラス領域に添加されることにより、所望の屈折率プロファイルが得られる。
この発明に係る光ファイバにおいて、クラッド領域は、一般的には１２５±１μｍの外径を有するが、この外径は６０〜１００μｍであってもよい。外径が６０〜１００μｍの場合、当該光ファイバは、小径に曲げられたときの曲げ歪みに起因した破断の確率が小さくなり、長期信頼性が向上する。このとき、クラッド領域の最大外径と最小外径との差は、１．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下である。また、クラッド領域の中心とコア領域の中心とのずれ量で定義されるコア偏心量は、接続損失を低減するため、０．５μｍ以下、さらには０．２μｍ以下であるのが好ましい。
この発明に係る光ファイバは、上記クラッド領域の外周に被覆層をさらに備えてもよい。この被覆層は、２５０±３０μｍの外径を有するか、あるいは２００μｍ以下の外径を有するのが好ましい。特に、被覆層の外径が２００μｍ以下の場合、当該光ファイバが光ケーブル内に収納される際の収納効率が向上し、光ケーブルの細径化や収納される光ファイバの本数増加が可能になる。
上記被覆層は、単一層であっても、内側被覆と外側被覆からなる二重構造であってもよいが、その厚みは、１５μｍ以上かつ３７．５μｍ以下であるのが好ましい。なお、該被覆層が単一層である場合、そのヤング率は１０ｋｇ／ｍｍ２以上であるのが好ましい。一方、該被覆層が内側被覆と外側被覆からなる二重構造である場合、内側被覆のヤング率は０．２ｋｇ／ｍｍ２以下であり、外側被覆のヤング率は１０ｋｇ／ｍｍ２以上であるのが好ましい。このとき、外側被覆の厚みは、１５μｍ以上である。
なお、小径に曲げられたときの曲げ歪みに起因した破断の確率をさらに小さくするため（長期信頼性の向上）、この発明に係る光ファイバは、５０以上の疲労係数ｎを有するのが好ましく、この場合、当該光ファイバは、クラッド領域と被覆層との間に配置されるカーボンコートをさらに備えてもよい。
また、上述のような構造を備えた光ファイバは、光ファイバテープ、光ケーブル、光コネクタ等、種々の光部品への適用が可能である。
この発明によれば、代表的には、波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下のモードフィールド径と、１．２６μｍ以下のカットオフ波長と、波長１．３μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、かつ、波長１．５５μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の波長分散を有する構成、波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下のモードフィールド径と、１．２６μｍ以下のカットオフ波長と、波長１．５５μｍにおいて０．１ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンド損失を有する構成、波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下のモードフィールド径と、１．２６μｍ以下のカットオフ波長と、プルーフテストにおいて１．２％以上のプルーフレベルを有する構成、波長１．５５μｍにおいて６．５μｍ以下のモードフィールド径と、１．２６μｍ以下のカットオフ波長と、波長１．３μｍにおいて０．５ｄＢ／ｋｍの伝送損失を有する構成など、種々の構成により実現可能である。上述のような種々の代表的構成により、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域において高いビットレートの信号伝送が可能になるとともに、光ケーブル内への高密度実装が可能となる。
以下、この発明に係る光ファイバの実施の形態を、図１〜図１０を用いて詳細に説明する。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。
図１は、この発明に係る光ファイバにおける第１実施形態の構造を示す断面図及びその屈折率プロファイルである。特に、図１（ａ）は、この第１実施形態に係る光ファイバ１０を光軸と直交する断面を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の線Ｌ１に沿った各ガラス領域の屈折率を示す屈折率プロファイル２００である。第１実施形態に係る光ファイバ１０は、光軸に沿って伸びた外径２ａのコア領域１１と、該コア領域１１を取り囲むよう設けられた外径２ｂのクラッド領域１２と、該クラッド領域１２を取り囲むよう設けられた外径２ｄの被覆層５０とを備える。なお、小径に曲げられたときの曲げ歪みに起因した破断の確率をさらに小さくするため（長期信頼性の向上）、クラッド領域１２と被覆層５０との間にカーボンコート６０が設けられてもよい。
コア領域１１及びクラッド領域１２は、シリカガラス（ＳｉＯ２）を主成分とし、これらコア領域１１及びクラッド領域１２の少なくとも一方には、屈折率調整用の不純物が添加されている。具体的に屈折率プロファイル２００は、コア領域１１がＧｅＯ２が添加されたシリカガラスで構成され、クラッド領域１２が純シリカガラスあるいはＦが添加されたシリカガラスで構成されることにより得られる。そして、コア領域１１の屈折率ｎ1は、クラッド領域１２の屈折率ｎ2より高くなっている。この第１実施形態において、屈折率プロファイル２００におけるコア領域１１に相当する部位の形状は、実質的に単峰状であるのが好ましい。このとき、屈折率プロファイル２００は、コア領域１１に相当する部分のうち最大屈折率を取る部位から該最大屈折率が半減する部位までの範囲において、α＝１〜５のα乗分布に近似した形状であるのが好ましい。一方、屈折率プロファイル２００におけるクラッド領域１２に相当する部位の形状は、実質的に一定であるのが好ましい。この場合、プロファイル形状が比較的単純であるので光ファイバ１０の製造が容易である。
図１（ｂ）に示された屈折率プロファイル２００は、図１（ａ）中の線Ｌ１に沿った各部位の屈折率を示しており、領域２０１は線Ｌ１上におけるコア領域１１の屈折率、領域２０２は線Ｌ１上におけるクラッド領域１２の屈折率を示している。また、クラッド領域１２（屈折率ｎ２を有する）を基準としたコア領域１１（屈折率ｎ１を有する）の比屈折率差Δ１は（ｎ１−ｎ２）／ｎ２で与えられる。
なお、コア領域１１に相当する部位が「実質的に単峰状」である屈折率プロファイルには、図１（ｂ）に示されたような理想的なステップ形状が含まれる他、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示された屈折率プロファイル２１０〜２３０が含まれる。図２（ａ）に示された屈折率プロファイル２１０は、クラッド領域１２に相当する領域２１２が一定屈折率であって、コア領域１１に相当する領域２１１の中央部の屈折率が周辺と比べて高くなる形状を有する。図２（ｂ）に示された屈折率プロファイル２２０は、クラッド領域１２に相当する領域２２２が一定屈折率であって、コア領域１１に相当する領域２２１において中心部よりも周辺の方で屈折率が僅かに高くなるような略ステップ形状を有する。図２（ｃ）に示された屈折率プロファイル２３０は、クラッド領域１２に相当する領域２３２が一定屈折率であって、コア領域１１に相当する領域２３１において周辺の屈折率が漸減している略ステップ形状を有する。
次に、図３は、この発明に係る光ファイバにおける第２実施形態の構造を示す断面図及びその屈折率プロファイルである。特に、図３（ａ）は、この第２実施形態に係る光ファイバ２０を光軸と直交する断面を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）中の線Ｌ２に沿った各ガラス領域の屈折率を示す屈折率プロファイル２４０である。第２実施形態に係る光ファイバ２０は、光軸に沿って伸びた外径２ａのコア領域２１と、該コア領域２１を取り囲むよう設けられたクラッド領域２４と、該クラッド領域２４を取り囲むよう設けられた外径２ｄの被覆層５０とを備える。特に、この第２実施形態に係る光ファイバ２００では、クラッド領域２４がディプレストクラッド構造を有することを特徴としている。すなわち、クラッド領域２４は、コア領域２１取り囲むように設けられた外径２ｂの内側クラッド２２と、該内側クラッド２２を取り囲むように設けられた外径２ｃの外側クラッド２３とを備える。なお、小径に曲げられたときの曲げ歪みに起因した破断の確率をさらに小さくするため（長期信頼性の向上）、外側クラッド２３と被覆層５０との間にカーボンコート６０が設けられてもよい。
コア領域２１及びクラッド領域２４は、シリカガラス（ＳｉＯ２）を主成分とし、これらコア領域２１及びクラッド領域２４の少なくとも一方には、屈折率調整用の不純物が添加されている。具体的に屈折率プロファイル２４０は、コア領域２１がＧｅＯ２が添加されたシリカガラスで構成される。また、クラッド領域２４のディプレストクラッド構造は、内側クラッド２２がＦが添加されたシリカガラスで構成され、外側クラッド２３が純シリカガラスで構成されることにより得られる。そして、コア領域２１の屈折率ｎ1は、内側クラッド２２の屈折率ｎ２及び外側クラッド２３の屈折率ｎ３（＞ｎ２）のいずれよりも高くなっている。この第２実施形態において、屈折率プロファイル２４０におけるコア領域２１に相当する部位の形状は、実質的に単峰状であるのが好ましい。このとき、屈折率プロファイル２４０は、コア領域２１に相当する部分のうち最大屈折率を取る部位から該最大屈折率が半減する部位までの範囲において、α＝１〜５のα乗分布に近似した形状であるのが好ましい。この場合も、プロファイル形状が比較的単純であるので光ファイバ２０の製造が容易である。
図３（ｂ）に示された屈折率プロファイル２４０は、図３（ａ）中の線Ｌ２に沿った各部位の屈折率を示しており、領域２４１は線Ｌ２上におけるコア領域２１の屈折率、領域２４２は線Ｌ２上における内側クラッド２２の屈折率、領域２４３は線Ｌ２上における外側クラッド２３の屈折率を示している。また、外側クラッド２３（屈折率ｎ３を有する）を基準としたコア領域２１（屈折率ｎ１を有する）の比屈折率差Δ１は（ｎ１−ｎ３）／ｎ３で与えられ、外側クラッド２３（屈折率ｎ３を有する）を基準とした内側クラッド２２（屈折率ｎ２を有する）の比屈折率差Δ２は（ｎ２−ｎ３）／ｎ３で与えられる。
なお、この第２実施形態に係る光ファイバ２０の屈折率プロファイル２４０においても、コア領域１１に相当する部位の形状は、図３（ｂ）に示されたような理想的なステップ形状のみならず、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示された屈折率プロファイル２１０〜２３０のコア領域相当部位と同様の形状を有してもよい。
上述の第１及び第２実施形態それぞれに係る光ファイバ１０、２０において、クラッド領域１２、２４は、一般的には１２５±１μｍの外径を有するが、この外径は６０〜１００μｍであってもよい。外径が６０〜１００μｍの場合、当該光ファイバ１０、２０いずれも、小径に曲げられたときの曲げ歪みに起因した破断の確率が小さくなり、長期信頼性が向上する。このとき、クラッド領域１２、２４の最大外径と最小外径との差は、１．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下である。また、クラッド領域１２、２４の中心Ｏ２とコア領域１１、２１の中心Ｏ１とのずれ量で定義されるコア偏心量Δｃは、接続損失を低減するため、０．５μｍ以下、さらには０．２μｍ以下であるのが好ましい（図４（ａ）参照）。
さらに、上述のような屈折率プロファイル２００〜２４０を有する光ファイバ１０、２０（この発明に係る光ファイバ）は、上記クラッド領域１２、２４の外周に外径２５０±３０μｍの被覆層５０をさらに備えてもよい。一方、被覆層５０の外径２ｄが２００μｍ以下の場合、当該光ファイバ１０、２０が光ケーブル内に収納される際の収納効率が向上し、光ケーブルの細径化や収納される光ファイバの本数増加が可能になる。
また、被覆層５０は、図４（ａ）に示されたような単一層であっても、図４（ｂ）に示されたような内側被覆５０ａと外側被覆５０ｂからなる二重構造であってもよいが、その厚みｗは、１５μｍ以上かつ３７．５μｍ以下であるのが好ましい。なお、該被覆層５０が単一層である場合（図４（ａ）参照）、そのヤング率は１０ｋｇ／ｍｍ２以上であるのが好ましい。一方、該被覆層５０が内側被覆５０ａと外側被覆５０ｂからなる二重構造である場合（図４（ｂ）参照）、内側被覆５０ａのヤング率は０．２ｋｇ／ｍｍ２以下であり、外側被覆５０ｂのヤング率は１０ｋｇ／ｍｍ２以上であるのが好ましい。このとき、外側被覆５０ｂの厚みは、１５μｍ以上である。
上述のように種々の屈折率プロファイル２００〜２４０を有する第１及び第２実施形態に係る光ファイバ１０、２０（この発明に係る光ファイバ）は、１．２６μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上のケーブルカットオフ波長と、波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下、好ましくは６．５μｍ以下のPetermann-Iモードフィールド径を有する。波長１．５５μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、６．５μｍを越える場合であっても、７．０μｍ以上かつ８．０μｍ以下であればよい。また、波長１．３μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、５．０μｍ以上、好ましくは６．０μｍ以上であればよい。特に、波長１．３μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径が５μｍ以上であれば、他の光ファイバと接続したときに、接続損失の増加を効果的に抑制することができ、また、このような光ファイバ同士を接続したときにも、軸ずれに起因した接続損失の増加を効果的に抑制することができる。
ここで、Petermann-Ｉの定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤは、以下の式で与えられる。
Figure 0004568305
この式中の変数ｒは、光ファイバ１０、２０の光軸からの半径方向の距離である。φ(ｒ)は、光ファイバ１０、２０を伝搬する光の半径方向に沿った電界分布であり、光の波長に依存する。また、上記ケーブルカットオフ波長は、２２ｍ長でのＬＰ11モードのカットオフ波長であり、２ｍカットオフ波長より小さい値である。
加えて、上述のような構造を備えた光ファイバ１０、２０は、図５に示されたように、１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯双方の波長帯域における高ビットレートの信号伝送を可能にするため、波長１．３μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、かつ、波長１．５５μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である波長分散を、さらに有するのが好ましい。上述のような構造を備えた光ファイバ１０、２０は、側圧耐性を改善して光ケーブル内への高密度実装を可能にするため、波長１．５５μｍにおいて０．１ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンド損失を、さらに有してもよい。また、上述のような構造を備えた光ファイバ１０、２０は、光ケーブル内における高密度実装状態さらには小径曲げ状態での長期信頼性を向上させるため、プルーフテストにおいて１．２％以上のプルーフレベルを有してもよい。さらに、上述のような構成を備えた光ファイバ１０、２０は、長距離伝送を可能にするため、波長１．３μｍにおいて０．５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有してもよい。なお、図５は、この発明に係る光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。
上記波長１．３μｍにおける伝送損失は０．５ｄＢ／ｋｍ以下であるが、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、第１及び第２実施形態に係る光ファイバ１０、２０は、光ケーブル内における高密度実装状態さらには小径曲げ状態での長期信頼性を向上させるため、５０以上の疲労係数ｎを有するのが好ましい。プルーフテストにおける各光ファイバのプルーフレベルは、１．２％以上であるが、さらに、２％以上、３％以上、４％以上であるのがより好ましい。光ファイバ１０、２０では、プルーフテストにおけるプルーフレベルが少なくとも１．２％以上確保されているため、当該光ファイバ１０、２０が光ケーブル内に高密度実装されても、さらには小径に曲げられても長期信頼性が十分に確保される。ここで、プルーフテストとは、張力を光ファイバに加えるテストであって、そのときの該光ファイバ１０、２０のプルーフレベルは、張力印加時における該光ファイバ１０、２０の伸び率を意味する。このプルーフテストにおいて光ファイバに加えられる張力は、被測定対象である光ファイバの断面積等に基づいて決定され、各光ファイバ固有の値として与えられる。
第１及び第２実施形態に係る光ファイバ１０、２０は、波長１．５５μｍにおいて、直径２０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましい。この場合、当該光ファイバ１０、２０は、光ケーブル端末でコイル状に巻かれる余長処理等の際に、小径に曲げられても損失増加が小さい。なお、当該光ファイバ１０、２０は、波長１．５５μｍにおいて、直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましく、さらには、波長１．５５μｍにおいて、直径１０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有するのが好ましい。
図６は、ステップ形状の屈折率プロファイル２００を有する光ファイバ１０（第１実施形態）のコア領域１１の比屈折率差Δ１及び外径２ａの好ましい範囲の一例を示すグラフである。図６では、光ファイバ１０のコア領域１１の比屈折率差Δを横軸とし、光ファイバ１０のコア領域１１の外径２ａを縦軸としている。また、図６において、グラフＧ６１０は波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径が８．０μｍとなる関係、グラフ６２０は波長１．３μｍにおいてPetermann-Ｉモードフィールド径が６μｍとなる関係、グラフ６３０は波長１．５５μｍにおいて波長分散が＋１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる関係、グラフ６４０は波長１．３μｍにおいて波長分散が−１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる関係を示している。これら４つのグラフＧ６１０〜Ｇ６４０で囲まれた領域が好ましい範囲となる。
次に、この発明に係る光ファイバの実施例について説明する。なお、用意された各実施例は、カーボンコート６０がない点を除き図１（ａ）及び図１（ｂ）に示された第１実施形態に係る光ファイバ１０と同様な構造を有する。図７は、実施例１〜５それぞれの光ファイバの諸元をまとめた表である。
実施例１の光ファイバは、コア領域がＧｅＯ2添加のシリカガラスで構成され、クラッド領域が純シリカガラスで構成されている。また、クラッド領域を基準としたコア領域の比屈折率差Δ１は０．６５％、コア領域の外径２ａは５．５μｍ、クラッド領域の外径２ｂは１２５μｍ、被覆層の外径２ｃは２５０μｍである。実施例１の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は６．５μｍ、波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は７．９μｍ、波長１．３μｍにおける波長分散は−６．８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける波長分散は＋８．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、実施例１の光ファイバにおいて、２ｍカットオフ波長は１．１μｍ、ケーブルカットオフ波長は１．０μｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は０．０４ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１５ｍｍでの曲げ損失は０．３ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１０ｍｍでの曲げ損失は２ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおけるマイクロベンド損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である。このマイクロベンド損失の値は、ワイヤメッシュボビンを用いて測定されたものであり、１．３μｍ帯に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバの値と比べて１桁程度小さい。さらに、実施例１の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおける伝送損失は０．３７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．２１ｄＢ／ｋｍである。
なお、ワイヤメッシュボビンを用いたマイクロベンド損失の測定は、非特許文献３の第５図に具体的に記載されている。
実施例２の光ファイバは、コア領域がＧｅＯ2添加のシリカガラスで構成され、クラッド領域がＦ元素添加のシリカガラスで構成されている。また、クラッド領域を基準としたコア領域の比屈折率差Δ１は０．７０％、コア領域の外径２ａは５．８μｍ、クラッド領域の外径２ｂは１２５μｍ、被覆層の外径２ｃは２５０μｍである。実施例２の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は６．４μｍ、波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は７．４μｍ、波長１．３μｍにおける波長分散は−４．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける波長分散は＋１１．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、実施例２の光ファイバにおいて、２ｍカットオフ波長は１．２μｍ、ケーブルカットオフ波長は１．１μｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は０．０１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１５ｍｍでの曲げ損失は０．０２ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１０ｍｍでの曲げ損失は０．１ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおけるマイクロベンド損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下でる。さらに、実施例２の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおける伝送損失は０．３５ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．２０ｄＢ／ｋｍである。
実施例３の光ファイバは、コア領域がＧｅＯ2添加のシリカガラスで構成され、クラッド領域がＦ元素添加のシリカガラスで構成されている。また、クラッド領域を基準としたコア領域の比屈折率差Δ１は０．７０％、コア領域の外径２ａは４．９μｍ、クラッド領域の外径２ｂは１２５μｍ、被覆層の外径２ｃは２５０μｍである。実施例３の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は６．３μｍ、波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は７．７μｍ、波長１．３μｍにおける波長分散は−１０．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける波長分散が＋７．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、実施例３の光ファイバにおいて、２ｍカットオフ波長は１．０μｍ、ケーブルカットオフ波長は０．９μｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は０．１６ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１５ｍｍでの曲げ損失は１．５ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１０ｍｍでの曲げ損失は１３ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおけるマイクロベンド損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である。さらに、実施例３の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおける伝送損失は０．３６ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．２１ｄＢ／ｋｍである。
実施例４の光ファイバは、コア領域がＧｅＯ2添加のシリカガラスで構成され、クラッド領域が純シリカガラスで構成されている。また、クラッド領域を基準としたコア領域の比屈折率差Δ１は０．７５％、コア領域の外径２ａは５．３μｍ、クラッド領域の外径２ｂは８０μｍ、被覆層の外径２ｃは１７０μｍである。実施例４の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は６．１μｍ、波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は７．２μｍ、波長１．３μｍにおける波長分散は−７．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける波長分散は＋７．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、実施例４の光ファイバにおいて、２ｍカットオフ波長は１．１μｍ、ケーブルカットオフ波長は１．０μｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は０．０１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１５ｍｍでの曲げ損失は０．０５ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１０ｍｍでの曲げ損失は０．３ｄＢ／ｍ、波長１．５５μｍにおけるマイクロベンド損失は０．１ｄＢ／ｋｍである。さらに、実施例４の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおける伝送損失は０．４２ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．２３ｄＢ／ｋｍである。
さらに、実施例５の光ファイバは、コア領域がＧｅＯ2添加のシリカガラスで構成され、クラッド領域が純シリカガラスで構成されている。また、コア領域の屈折率プロファイルの形状は、α＝２．５のα乗分布に近似した形状を有する。クラッド領域を基準としたコア領域の比屈折率差Δ１は１．１％、コア領域の外径２ａは６．５μｍ、クラッド領域の外径２ｂは１２５μｍ、被覆層の外径２ｃは２５０μｍである。実施例５の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は５．３μｍ、波長１．５５μｍにおけるPetermann-Ｉモードフィールド径は６．２μｍ、波長１．３μｍにおける波長分散は−８．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける波長分散は＋６．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、実施例５の光ファイバにおいて、２ｍカットオフ波長は１．２５μｍ、ケーブルカットオフ波長は１．１６μｍ、波長１．５５μｍにおける曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は０．０１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１５ｍｍでの曲げ損失は０．０１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍにおける曲げ直径１０ｍｍでの曲げ損失は０．０１ｄＢ／ｍ以下、波長１．５５μｍにおけるマイクロベンド損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である。さらに、実施例５の光ファイバにおいて、波長１．３μｍにおける伝送損失は０．４７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおける伝送損失は０．２４ｄＢ／ｋｍである。これら実施例１〜５の光ファイバは、いずれもクラッド領域の外径２ｂが小さく剛性が低いにも拘わらす、マイクロベンド損失の値が標準的なシングルモード光ファイバの値より小さい。
上述のような構造を備えた、この発明に係る光ファイバは、光ファイバテープ、光ケーブル、光ファイバ付き光コネクタ等、種々の光学部品への適用が可能である。
図８は、この発明に係る光ファイバが適用された光ファイバテープの概略構造を示す図である。この光ファイバテープ１５０は、複数の光ファイバが樹脂により一体的にコーティングされており、これら光ファイバそれぞれが上述のような構造を有する光ファイバ１０（２０）と同様の構造を有する。
また、図９は、この発明に係る光ファイバが適用された光ファイバ付き光コネクタの概略構造を示す図である。この光ファイバ付き光コネクタは、上述のような構造を有する光ファイバ１０（２０）と、該光ファイバ１０（２０）の先端部分に取り付けられたコネクタ５００とを備える。この光ファイバ付き光コネクタを用いることで、光ファイバ１０（２０）が適用されたシステムをより機能的に運用することができる。
さらに、図１０は、この発明に係る光ファイバが適用された光ケーブルの概略構造及び断面構造を示す図である。特に、図１０（ａ）は、１００芯の光ファイバ（この発明に係る光ファイバ）を含む光ファイバケーブル１００の内部構造を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面構造を示す図である。この光ケーブル１００には、外皮１１０内に保護膜１２０に包まれたスロットロッド１３０が収納されている。スロットロッド１３０は、その中心に配置された抗張力線１４０と該抗張力線１４０の周囲を覆う樹脂層から構成されており、該樹脂層の表面には該抗張力線１４０の長手方向に沿って蛇行するよう設けられた複数のスロット１３５が形成されている。なお、抗張力線１４０は、単一鋼線であっても複数の鋼線がよられたものであってもよい。また、各スロット１３５内には、複数の光ファイバテープ１５０が収納されている。
この発明に係る光ファイバの第１実施形態における断面構造を示す図、及びその屈折率プロファイルである。 第１実施形態に係る光ファイバの種々の屈折率プロファイルである。 この発明に係る光ファイバの第２実施形態における断面構造を示す図、及びその屈折率プロファイルである。 この発明に係る光ファイバにおける被覆層の断面構造を示す図である。 この発明に係る光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。 第１実施形態に係る光ファイバにおいて、コア領域における比屈折率差Δと外径２ａの好適範囲を示すグラフである。 実施例１〜５それぞれの光ファイバの諸元をまとめた表である。 この発明に係る光ファイバが適用された光ファイバテープの概略構造を示す図である。 この発明に係る光ファイバが適用された光ファイバ付き光コネクタの概略構造を示す図である。 この発明に係る光ファイバが適用された光ケーブルの概略構造及び断面構造を示す図である。
符号の説明
１０、２０…光ファイバ、１１、２１…コア領域、１２、２４…クラッド領域、２２…内側クラッド、２３…外側クラッド、５０…被覆層、５０ａ…内側被覆、５０ｂ…外側被覆、６０…カーボンコート。

Claims (38)

  1. 所定軸に沿って伸び、ＧｅＯ２が添加されたシリカガラスのコア領域と、該コア領域の外周に設けられた、シリカガラスのクラッド領域とを少なくとも備え、
    １．２６μｍ以下のケーブルカットオフ波長を有するとともに、１．１μｍ以上かつ１．２５μｍ以下の２ｍカットオフ波長を有し、
    波長１．５５μｍにおいて、直径２０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有し、
    プルーフテストにおいて１．２％以上のプルーフレベルを有し、
    波長１．３μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、かつ、波長１．５５μｍにおいて絶対値が１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である波長分散を有する、光通信システムにおける光伝送路に適用される光ファイバであって、
    波長１．５５μｍにおいて８．０μｍ以下のPetermann-Iモードフィールド径を有し、
    前記コア領域に相当する部分は実質的に単峰形状の屈折率プロファイルを有するアクセス系光ファイバ。
  2. 波長１．５５μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、６．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
  3. 波長１．３μｍにおいて０．５ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有することを特徴とする請求項１または２いずれか一項に記載のアクセス系光ファイバ。
  4. 波長１．５５μｍにおいて０．３ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  5. プルーフテストにおけるプルーフレベルは、２％以上であることを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
  6. プルーフテストにおけるプルーフレベルは、４％以上であることを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
  7. 波長１．３μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、５．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  8. 波長１．３μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、６．０μｍ以上であることを特徴とする請求項７記載のアクセス系光ファイバ。
  9. 波長１．５５μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、７．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１、３及び４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  10. 前記クラッド領域は、最大外径と最小外径との差が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  11. 前記クラッド領域は、最大外径と最小外径との差が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  12. 前記クラッド領域の中心に対する前記コア領域の中心のずれ量で定義されるコア偏心量は、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  13. 前記クラッド領域の中心に対する前記コア領域の中心のずれ量で定義されるコア偏心量は、０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  14. 前記クラッド領域は、１２５±１μｍの外径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  15. 前記クラッド領域の外周に設けられ、２５０±３０μｍの外径を有する被覆層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４及び１４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  16. 前記クラッド領域に相当する部分は実質的に平坦な形状である屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  17. 前記クラッド領域は、実質的に純シリカガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  18. 前記クラッド領域は、フッ素が添加されたシリカガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  19. 前記コア領域に相当する部分のうち最大屈折率を取る部位から該最大屈折率が半減する部位までの範囲において、α＝１〜５のα乗分布に近似した形状である屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  20. 前記クラッド領域は、前記コア領域の外周に設けられた内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられるとともに該内側クラッドよりも高い屈折率を有する外側クラッドとを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  21. ５０以上の疲労係数ｎを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  22. 前記クラッド領域の外周に設けられたカーボンコートとを備えたことを特徴とする請求項２１記載のアクセス系光ファイバ。
  23. 前記クラッド領域の外周に設けられ、３７．５μｍ以下の厚みを有する被覆層を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  24. 前記被覆層は、前記クラッド領域の外周に設けられた、０．２ｋｇ／ｍｍ２以下のヤング率を有する内側被覆と、該内側被覆の外周に設けられた、１０ｋｇ／ｍｍ２以上のヤング率を有する外側被覆を備えたことを特徴とする請求項２３記載のアクセス系光ファイバ。
  25. 前記外側被覆の厚みは、１５μｍ以上であることを特徴とする請求項２４記載のアクセス系光ファイバ。
  26. 前記被覆層は、単一層からなることを特徴とする請求項２３記載のアクセス系光ファイバ。
  27. 前記被覆層の厚みは、１５μｍ以上であることを特徴とする請求項２６記載のアクセス系光ファイバ。
  28. 前記被覆層は、１０ｋｇ／ｍｍ２以上のヤング率を有することを特徴とする請求項２７記載のアクセス系光ファイバ。
  29. 前記クラッド領域の外周に設けられ、２００μｍ以下の外径を有する被覆層を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  30. 前記クラッド領域は、６０〜１００μｍの外径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアクセス系光ファイバ。
  31. 波長１．５５μｍにおいて、直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項３０記載のアクセス系光ファイバ。
  32. 波長１．５５μｍにおいて、直径１０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項３０記載のアクセス系光ファイバ。
  33. 波長１．５５μｍにおいて、直径１５ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
  34. 波長１．５５μｍにおいて、直径１０ｍｍで０．１ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
  35. 波長１．５５μｍにおいて７．４μｍ以下のPetermann-Iモードフィールド径を有することを特徴とする請求項３３記載のアクセス系光ファイバ。
  36. 前記２ｍカットオフ波長は、１．２μｍ以上であることを特徴とする請求項３４記載のアクセス系光ファイバ。
  37. 前記クラッド領域は、６０〜１００μｍの外径を有することを特徴とする請求項３３又は３４記載のアクセス系光ファイバ。
  38. 波長１．５５μｍにおけるPetermann-Iモードフィールド径は、７．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアクセス系光ファイバ。
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