JP4670523B2 - 光ケーブル - Google Patents
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Description
前記光ファイバ心線は、長手方向に捻回方向を周期的に変えて捻回された状態で前記溝部内に収納され、
前記溝部の前記スペーサ表面における軌跡が(1)式により表され、
前記光ファイバ心線の捻回角度θが(2)式によって表され、
(1)式の定数z 1 =0であり、
前記軌跡の長周期と短周期のピッチが、P 1 =P 0 /(4n+1)の関係を満たすことを特徴とする。
y=(aφ0/2)×sin[2πz/P0]+(aφ1/2)×sin[2π(z+z1)/P1] …(1)
θ=α0×sin[2πz/Λ0]+α1×sin[2π(z+z2)/Λ1] …(2)
但し、y:スペーサの断面外周に沿った座標(mm)
z:スペーサの中心軸線に沿った座標(mm)
z1,z2:定数
φ0:前記軌跡の長周期反転角度(°)
P0:前記軌跡の長周期ピッチ(mm)
φ1:前記軌跡の短周期反転角度(°)
P1:前記軌跡の短周期ピッチ(mm) (但しP0>P1)
a:前記スペーサの断面の半径(mm)
θ:光ファイバ心線の捻回角度(°)
α0:前記光ファイバ心線の捻回角度の長周期振幅(°)
Λ0:前記光ファイバ心線の捻回方向の長周期反転ピッチ(mm)
α1:前記光ファイバ心線の捻回角度の短周期振幅(°)
Λ1:前記光ファイバ心線の捻回方向の短周期反転ピッチ(mm)
n:1以上の自然数
前記光ファイバ心線は、長手方向に捻回方向を周期的に変えて捻回された状態で前記溝部内に収納され、
前記溝部の前記スペーサ表面における軌跡が(1)式により表され、
前記光ファイバ心線の捻回角度θが(2)式によって表され、
(1)式の定数z 1 =P 1 /2であり、
前記軌跡の長周期と短周期のピッチが、P 1 =P 0 /(4n−1)の関係を満たすことを特徴とする。
y=(aφ 0 /2)×sin[2πz/P 0 ]+(aφ 1 /2)×sin[2π(z+z 1 )/P 1 ] …(1)
θ=α 0 ×sin[2πz/Λ 0 ]+α 1 ×sin[2π(z+z 2 )/Λ 1 ] …(2)
但し、y:スペーサの断面外周に沿った座標(mm)
z:スペーサの中心軸線に沿った座標(mm)
z 1 ,z 2 :定数
φ 0 :前記軌跡の長周期反転角度(°)
P 0 :前記軌跡の長周期ピッチ(mm)
φ 1 :前記軌跡の短周期反転角度(°)
P 1 :前記軌跡の短周期ピッチ(mm) (但しP 0 >P 1 )
a:前記スペーサの断面の半径(mm)
θ:光ファイバ心線の捻回角度(°)
α 0 :前記光ファイバ心線の捻回角度の長周期振幅(°)
Λ 0 :前記光ファイバ心線の捻回方向の長周期反転ピッチ(mm)
α 1 :前記光ファイバ心線の捻回角度の短周期振幅(°)
Λ 1 :前記光ファイバ心線の捻回方向の短周期反転ピッチ(mm)
n:1以上の自然数
Λ0 (m)≦1.3×(Δα−24)1/2
Λ0 (m)≦2.0×(Δα−24)1/2
(捻回によるPMDの低減効果の原理)
図1は、光ファイバ心線を捻回させた際に生じるPMDを示すグラフである。
図1に示すように、光ファイバ心線を捻回させると、この光ファイバ心線には、PMDの変化に関する2つの現象が発生する。これらの現象の内の1つは捻回によるファイバ異方性方向の回転によって、直交する偏波モードの平均化により両モード間の速度差が平均化されPMDが低下する現象A(図1に示す曲線A)であり、もう1つは捻回によって偏光方向の旋光が起き、右回り円偏光と左回り円偏光に群遅延差が生じ、PMDが負に増加する現象B(図1に示す曲線B)である。
しかし、捻回歪みによる円偏波モード間の分散は、モード結合が無く、捻回方向に対し、正と負の値を持つ。そこで、現象Aの効果を充分に得るような捻率を光ファイバ心線に与えている収納状態では、捻回方向を交互に振ることによって、偏波モード分散のマネージメント伝送が可能となる。
図4及び図5に示すように、双方向にテープ心線を捻回することによって、PMDが低下することがわかる。また、テープ心線を双方向に捻回するときの捻回角度の振幅αを大きく反転ピッチΛを小さくすることによって、すなわち捻率を大きくすることによって、よりPMDを低下させることが可能であることがわかる。
なお、PMDQとは、光ケーブルを複数接続して測定した実効的なPMD値を示すものであり、通常は対象となる光ケーブルのPMD値の分布から統計的に推算される。
次に、本発明に係る光ケーブルの実施形態の例について、図を参照しながら具体的に説明する。
図6は本実施形態の光ケーブルの構造を示す光ケーブルの断面図であり、図7は光ケーブルのスペーサのみを示す側面図である。
スペーサ22は、その外周に、押さえ巻き27が巻き付けられ、その外周が外被28によって覆われている。
前述したように、光ケーブル20のケーブルコア21を構成するスペーサ22は、その溝部24が螺旋状に形成され、この螺旋の向きが周期的に反転されている。
そして、撚り方向を長手方向に沿って一定のピッチで反転させた溝部24には、4心の光ファイバテープ心線29を5本(5枚)積層させたテープスタック32が収納されており、このテープスタック32は、長手方向に捻回方向が周期的に変えられて捻回されている。
また、光ファイバ心線のPMD実力値の最大値を0.5ps/km1/2とし、図5中に示した実線Dよりも下の範囲となるように、捻回角度の振幅α≧50゜であって、かつ、捻回方向の反転ピッチΛ≦2.0×(α−24)1/2を満足しているとさらに好ましい。
ここで、図8は、光ファイバテープ心線29の捻回角度及びスペーサ22の溝部24の撚りを示したものである。図8に示すものでは、光ファイバテープ心線29のスペーサ22への固定ピッチを溝部24の螺旋の反転ピッチと略等しくし、光ファイバテープ心線29の反転位置で、接着剤等の固定樹脂30によって光ファイバテープ心線29をスペーサ22に固定している。
そして、このように光ファイバテープ心線29の捻回方向が反転する位置を固定することにより、テープスタック32の捻回が確実に維持される。
次に、上記の光ケーブル20の一例として、スペーサ22の溝部24の螺旋のSZピッチ(左撚り軌跡と右撚り軌跡を繋いだサイン曲線の1周期に相当)Pが600mm(すなわち反転ピッチは300mm)、溝部24の反転角度(角度の振幅)が140°であり、テープスタック32の反転ピッチ(反転周期)Λが300mm、捻回角度の振幅αが230°(溝部24の反転角度140°よりも90°大きな振幅)である光ケーブル20について説明する。
図9は、スペーサ22の溝部24内におけるテープスタック32の捻回の変化を示す断面模式図であり、図10は、スペーサ22の溝部24の角度とテープスタック32の捻回角度の長手方向における変化を示すグラフである。なお、図10中の実線はスペーサ22の溝部24の角度変化を示し、鎖線はテープスタック32の捻回角度変化を示している。
なお、テープスタック32の撚り方向及び捻回の反転位置は、必ずしも溝部24に一致させなくても、十分な低PMD効果を得ることができる。
次に、上記の光ケーブル20の一例として、スペーサ22の溝部24の螺旋のSZピッチPが600mm、溝部24の反転角度が140°であり、テープスタック32の反転ピッチΛが300mm、捻回角度の振幅αが410°(溝部24の反転角度140°よりも270°大きな振幅)である光ケーブル20について説明する。
図11は、スペーサ22の溝部24内におけるテープスタック32の捻回の変化を示す断面模式図であり、図12は、スペーサ22の溝部24の角度とテープスタック32の角度の長手方向における変化を示すグラフである。なお、図12中実線はスペーサ22の溝部24の角度変化を示し、鎖線はテープスタック32の角度変化を示している。
次に、上記の光ケーブル20の別の一例として、複合SZ型スペーサ22aにテープスタック32を収納した形態について説明する。
この複合SZ型スペーサとは、溝部24を短周期及び長周期のサイン曲線からなるSZ軌跡を合わせた関数に従った軌跡で形成したもので、溝部24は、短周期のSZ軌跡を描き、さらに、その溝部24の短周期のSZ軌跡が長周期のSZ軌跡に沿って変動されている。
y=(aφ0/2)×sin[2πz/P0]+(aφ1/2)×sin[2π(z+z1)/P1] …(1)
θ=α0×sin[2πz/Λ0]+α1×sin[2π(z+z2)/Λ1] …(2)
但し、y:スペーサの断面外周に沿った座標
z:スペーサの中心軸線に沿った座標
z1,z2:定数
φ0:前記軌跡の長周期反転角度
P0:前記軌跡の長周期ピッチ
φ1:前記軌跡の短周期反転角度
P1:前記軌跡の短周期ピッチ (但しP0>P1)
a:前記スペーサの断面の半径
θ:光ファイバ心線の捻回角度
α0:前記光ファイバ心線の捻回角度の長周期振幅
Λ0:前記光ファイバ心線の捻回方向の長周期反転ピッチ
α1:前記光ファイバ心線の捻回角度の短周期振幅
Λ1:前記光ファイバ心線の捻回方向の短周期反転ピッチ
図13は、スペーサ22aの溝部24内におけるテープスタック32の捻回の変化を示す断面模式図であり、図14は、スペーサ22aの溝部24の角度とテープスタック32の長手方向における角度変化を示すグラフである。なお、図14中のEは長周期の軌跡、Fは短周期の軌跡、Gは溝部24の軌跡、Hはテープスタックの捻回角度変化を示している。
複合SZ型スペーサの場合、溝部24の軌跡は短周期のサイン曲線と長周期のサイン曲線の和となるため、長周期の角度が最大となる反転部と短周期の角度が最大となる反転部が同位相で重なるようにすると、長周期の反転部における溝部24の撚り角度を最大化することができる。すなわち、上記式(2)で記述される光ファイバ心線の捻回角度θも最大化する。
その一例を図16に示すと、長さ500mmと1500mmの位置で長周期の反転部と短周期の反転部が同位相で重なっており、これらを合成した溝部の軌跡は500mmと1500mmの位置で撚り角度が最大となっている。
その一例を図17に示すと、長さ500mmと1500mmの位置で長周期の反転部と短周期の反転部が同位相で重なっており、これらを合成した溝部の軌跡は500mmと1500mmの位置で撚り角度が最大となっている。また、長さ1000mmの位置で長周期の移行部と短周期の移行部が逆位相で重なっており、その前後の溝部の撚り角度の振幅が小さくなっていることがわかる。そのため、長さ1000mmの位置では溝部の軌跡が他の箇所より直線的になり、光ファイバ心線の最小曲率半径が最も大きくなる。
また、光ファイバ心線のPMD実力値の最大値を0.5ps/km1/2とし、図5中に示した実線Dよりも下の範囲となるように、光ファイバ心線の捻回角度θの絶対値の最大値Δαが50゜以上であって、かつ、捻回方向の長周期反転ピッチΛ0≦2.0×(Δα−24)1/2を満足しているとさらに好ましい。これにより、IECの推奨基準値PMDQ<0.2ps/km1/2を保証することができる。
つまり、各種原因によって光ファイバ心線26に生じる偏波モード分散を確実に抑えることができる。
そして、これらの光ケーブル20a,20b,20cに示した何れの収納形態の場合も、それぞれの光ファイバ心線が周期的に反転されて捻回されているので、円偏光の伝搬速度差を長手方向で相殺して捻回によるPMDを良好に低減させることができる。
(光ケーブルのタイプ)
図6に示すように、SZスペーサ22の溝部24内に、4心の光ファイバテープ心線29を積層したテープスタック32を収納した上記第1参考形態の光ケーブルを用いた。SZスペーサ22は、図7に示したものである。
上記の光ケーブルにおいて、第1参考形態に対応するものとして、捻回反転ピッチΛ、捻回角度振幅αの異なる構造1から8の光ケーブルを用意し、比較例1,2として光ファイバ心線を捻回させない従来タイプ(すなわち撚り返しなし)の光ケーブルを用意した。
構造1から8、比較例1,2のそれぞれの光ケーブルにおける具体的な収納形態及び偏波モード分散の測定結果を表1に示す。
なお、SZスペーサ22の溝部24のSZピッチPは全て600mmとし、溝部24の反転角度(角度の振幅)を140°とした。
(光ケーブルのタイプ)
図6に示す断面構造のケーブルであり、SZスペーサ22の代わりに複合SZスペーサを使用した上記第1実施形態の光ケーブルを用いた。複合SZスペーサの溝部の軌跡は図14に示した通りである。
上記の光ケーブルにおいて、本発明に対応するものとして、長周期反転ピッチΛ0、短周期反転ピッチΛ1、長周期捻回角度振幅α0、短周期捻回角度振幅α1、の異なる構造1から6の光ケーブルを用意し、比較例1,2として光ファイバ心線を捻回させない従来タイプ(すなわち撚り返しなし)の光ケーブルを用意した。
構造1から6、比較例1,2のそれぞれの光ケーブルにおける具体的な収納形態及び偏波モード分散の測定結果を表2に示す。
なお、複合SZスペーサは、長周期のSZピッチP0を2000mm、長周期の反転角度φ0を90°とし、短周期のSZピッチP1を500mm、短周期の反転角度φ1を140°とした。
21,21a,21b,21c ケーブルコア
22 スペーサ
24 溝部
25,29 光ファイバテープ心線
26 光ファイバ心線
32 テープスタック
Claims (6)
- 外周に撚り方向が周期的に反転する螺旋状の溝部が形成された略円形断面の長尺スペーサの前記溝部内に光ファイバ心線が収納されたケーブルコアを備えた光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、長手方向に捻回方向を周期的に変えて捻回された状態で前記溝部内に収納され、
前記溝部の前記スペーサ表面における軌跡が(1)式により表され、
前記光ファイバ心線の捻回角度θが(2)式によって表され、
(1)式の定数z 1 =0であり、
前記軌跡の長周期と短周期のピッチが、P 1 =P 0 /(4n+1)の関係を満たすことを特徴とする光ケーブル。
y=(aφ0/2)×sin[2πz/P0]+(aφ1/2)×sin[2π(z+z1)/P1] …(1)
θ=α0×sin[2πz/Λ0]+α1×sin[2π(z+z2)/Λ1] …(2)
但し、y:スペーサの断面外周に沿った座標(mm)
z:スペーサの中心軸線に沿った座標(mm)
z1,z2:定数
φ0:前記軌跡の長周期反転角度(°)
P0:前記軌跡の長周期ピッチ(mm)
φ1:前記軌跡の短周期反転角度(°)
P1:前記軌跡の短周期ピッチ(mm) (但しP0>P1)
a:前記スペーサの断面の半径(mm)
θ:光ファイバ心線の捻回角度(°)
α0:前記光ファイバ心線の捻回角度の長周期振幅(°)
Λ0:前記光ファイバ心線の捻回方向の長周期反転ピッチ(mm)
α1:前記光ファイバ心線の捻回角度の短周期振幅(°)
Λ1:前記光ファイバ心線の捻回方向の短周期反転ピッチ(mm)
n:1以上の自然数 - 外周に撚り方向が周期的に反転する螺旋状の溝部が形成された略円形断面の長尺スペーサの前記溝部内に光ファイバ心線が収納されたケーブルコアを備えた光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、長手方向に捻回方向を周期的に変えて捻回された状態で前記溝部内に収納され、
前記溝部の前記スペーサ表面における軌跡が(1)式により表され、
前記光ファイバ心線の捻回角度θが(2)式によって表され、
(1)式の定数z 1 =P 1 /2であり、
前記軌跡の長周期と短周期のピッチが、P 1 =P 0 /(4n−1)の関係を満たすことを特徴とする光ケーブル。
y=(aφ 0 /2)×sin[2πz/P 0 ]+(aφ 1 /2)×sin[2π(z+z 1 )/P 1 ] …(1)
θ=α 0 ×sin[2πz/Λ 0 ]+α 1 ×sin[2π(z+z 2 )/Λ 1 ] …(2)
但し、y:スペーサの断面外周に沿った座標(mm)
z:スペーサの中心軸線に沿った座標(mm)
z 1 ,z 2 :定数
φ 0 :前記軌跡の長周期反転角度(°)
P 0 :前記軌跡の長周期ピッチ(mm)
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P 1 :前記軌跡の短周期ピッチ(mm) (但しP 0 >P 1 )
a:前記スペーサの断面の半径(mm)
θ:光ファイバ心線の捻回角度(°)
α 0 :前記光ファイバ心線の捻回角度の長周期振幅(°)
Λ 0 :前記光ファイバ心線の捻回方向の長周期反転ピッチ(mm)
α 1 :前記光ファイバ心線の捻回角度の短周期振幅(°)
Λ 1 :前記光ファイバ心線の捻回方向の短周期反転ピッチ(mm)
n:1以上の自然数 - 請求項1または2に記載の光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線が前記溝部内に収納される前の状態での偏波モード分散が1.0ps/km 1/2 以下であって、
前記光ファイバ心線の捻回角度θの絶対値の最大値Δαが40゜以上であって、
前記Δαと、前記捻回方向の長周期反転ピッチΛ 0 (m)が、次式の関係を満たすことを特徴とする光ケーブル。
Λ 0 ≦1.3×(Δα−24) 1/2 - 請求項1または2に記載の光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線が前記溝部内に収納される前の状態での偏波モード分散が0.5ps/km1/2以下であって、
前記光ファイバ心線の捻回角度θの絶対値の最大値Δαが50゜以上であって、
前記Δαと、前記捻回方向の長周期反転ピッチΛ0(m)が、次式の関係を満たすことを特徴とする光ケーブル。
Λ0≦2.0×(Δα−24)1/2 - 請求項1から4の何れか一項に記載の光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、その捻回方向が反転する位置で前記スペーサに固定されていることを特徴とする光ケーブル。 - 請求項1から5の何れか一項に記載の光ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、複数本を並列させて一体化された光ファイバテープ心線の形態で前記溝部内に収納されていることを特徴とする光ケーブル。
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