JP7499867B2 - 光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバケーブルに関する。

近年、Fiber To The Home（FTTH）サービスの成熟やモバイル端末の普及、クラウドサービスの利用拡大、映像トラフィックの増加等の理由により、光ファイバケーブル等によって構築される通信インフラのトラフィックが増加している。そのため、通信インフラを従来に比べて経済的かつ効率的に構築することが求められている。このような背景の下、光ファイバケーブルに実装される光ファイバの実装心数や実装密度を増加させる要請がある。なお、一般的に、光ファイバケーブルでは、複数の光ファイバは管状の樹脂部材であるシースの内部に収容される。

シースの内部に収容される光ファイバの実装心数や実装密度を増加させる手段として、光ファイバを細径化することが考えられる。しかし、この場合、光ファイバが側圧の影響を受け易くなり、光ファイバの軸が微小に曲がるいわゆる微小曲げによって生じる光損失であるマイクロベンドロスが増加し得る。下記特許文献１には、光ファイバの被覆の弾性係数及びガラス転移点を調整することによって光ファイバの被覆厚さを薄くし、これによって、光ファイバを細径化した場合でもマイクロベンドロスを抑制し得ることが記載されている。

特表２０１２－５０８３９５号公報

ところで、光ファイバケーブルが低温環境に晒されると、シースが低温収縮し、この低温収縮するシースによって光ファイバが押圧されて曲げられる。その結果、光ファイバにマイクロベンドロスが生じて、光ファイバケーブルの伝送損失が増加する傾向がある。特に、特許文献１に記載された光ファイバを用いて光ファイバケーブルを構成する場合、個々の光ファイバが通常の光ファイバよりも細いため、シースからの押圧によって曲がり易く、伝送損失が増加し易いと考えられる。

そこで、本発明は、低温環境下において伝送損失が増加することを抑制し得る光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明は、コア及び前記コアを囲うクラッドを含むガラス部、前記クラッドを覆うプライマリ被覆層、及び前記プライマリ被覆層を覆うセカンダリ被覆層を含む複数の光ファイバと、複数の前記光ファイバを内部空間に収容するシースと、を備える光ファイバケーブルであって、前記光ファイバは、前記ガラス部の曲げ剛性をＨ_f（Ｐａ・ｍ⁴）、前記セカンダリ被覆層の耐変形性をＤ_０（Ｐａ）、前記セカンダリ被覆層の曲げ剛性をＨ_０（Ｐａ・ｍ⁴）、前記ガラス部のヤング率をＥ_g（ＧＰａ）、前記プライマリ被覆層のヤング率をＥ_p（ＭＰａ）、前記セカンダリ被覆層のヤング率をＥ_s（ＭＰａ）、前記ガラス部の外径をｄ_f（μｍ）、前記プライマリ被覆層の外周面の半径をＲ_p（μｍ）、前記セカンダリ被覆層の外周面の半径をＲ_s（μｍ）、前記プライマリ被覆層の厚さをｔ_p（μｍ）、及び前記セカンダリ被覆層の厚さをｔ_s（μｍ）とする場合に、

で表される前記光ファイバのジオメトリマイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_G}（Ｐａ^-1・ｍ-^10.5）と、前記光ファイバを伝搬する導波モードにおける伝搬定数と放射モードにおける伝搬定数との差を伝搬定数差Δβ（ｒａｄ／ｍ）とする場合に、

で表される前記光ファイバの光学マイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_Δβ}（１／（ｒａｄ／ｍ）⁸）と、を有し、前記内部空間の空隙率ａと前記内部空間に収容される前記光ファイバの心数ｂとを用いて前記光ファイバケーブルのケーブル特性Ｄｃを以下の式で規定する場合に、

以下の式で表されるマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が１．２×１０^－９以下であることを特徴とするものである。

光ファイバのマイクロベンドロスは、非特許文献１（J. Baldauf, et al., “Relationship of Mechanical Characteristics of Dual Coated Single Mode Optical Fibers and Microbending Loss,”IEICE Trans. Commun., vol. E76-B, No. 4, 1993.）、非特許文献２（K. Petermann, et al., “Upper and Lower Limits for the Microbending Loss in Arbitrary Single-Mode Fibers,”J. Lightwave technology, vol. LT-4, no.1, pp. 2-7, 1986.）、非特許文献３（大越 他，“光ファイバ,”オーム社，pp.235-239, 1989.）、及び非特許文献４（P. Sillard, et al., “Micro-Bend Losses of Trench-Assisted Single-Mode Fibers,”ECOC2010, We.8.F.3, 2010.）に記載されているように、光ファイバのジオメトリ及び光学特性の両方の影響を受ける傾向がある。

ここで、光ファイバのジオメトリとは、光ファイバの構造に関するパラメータであり、本発明では、光ファイバにおけるガラス部の曲げ剛性Ｈ_f、セカンダリ被覆層の耐変形性Ｄ_０、セカンダリ被覆層の曲げ剛性Ｈ_０、ガラス部のヤング率Ｅ_g、プライマリ被覆層のヤング率Ｅ_p、セカンダリ被覆層のヤング率Ｅ_s、ガラス部の外径ｄ_f（ガラス部の直径）、ガラス部の半径Ｒ_g、プライマリ被覆層の半径Ｒ_p、セカンダリ被覆層の半径Ｒ_s、プライマリ被覆層の厚さｔ_p、及びセカンダリ被覆層の厚さｔ_sをいう。

また、上記非特許文献２～４によれば、マイクロベンドロスは、光ファイバを伝搬する導波モードが放射モードと結合するモード結合によって生じる現象とされる。このようなモード結合は、上記微小曲げに起因して起こると考えられており、また、光ファイバを伝搬する光の導波モードにおける伝搬定数と放射モードにおける伝搬定数との差である伝搬定数差（Δβ）によって決定されると言われている。上述した光ファイバの光学特性は、光ファイバを伝搬する光の特性に関するパラメータであり、本発明では上記伝搬定数差Δβ（ｒａｄ／ｍ）を意味する。

また、光ファイバケーブルが低温環境に晒されると、上記のように、光ファイバが曲げられてマイクロベンドロスが生じて、伝送損失が増加する傾向がある。そのため、このような伝送損失の増加を考慮して、光ファイバケーブルでは、－４０℃における常温を基準とする伝送損失の増加分を０．１５ｄＢ／ｋｍ以下にすることが求められる場合がある。なお、このような伝送損失の増加分は、温度特性試験ロス増加分と言われることがある。

本発明者は、光ファイバケーブルの上記伝送損失に関して鋭意研究した。その結果、本発明者は、上記式で表されるマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が、温度特性試験ロス増加分の値と概ね傾きが正の比例関係にあることを見出した。

また、本発明者は、さらに研究を進めたところ、上記マイクロベンドロス特性因子の値が１．２×１０^－９であるときに、温度特性試験ロス増加分の値が０．１５ｄＢ／ｋｍよりもやや小さい値になることを見出した。上記のように、マイクロベンドロス特性因子の値と温度特性試験ロス増加分の値とは概ね傾きが正の比例関係にある。したがって、光ファイバケーブルのマイクロベンドロス特性因子の値を１．２×１０^－９以下にすることによって、－４０℃の低温環境下において、伝送損失の増加分が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下になるように伝送損失の増加を抑制することができる。このように、この光ファイバケーブルによれば、低温環境下において伝送損失が増加することを抑制し得る。

また、前記マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が９．９×１０^－１０以下であることがより好ましい。

マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値を９．９×１０^－１０以下にすることによって、伝送損失の増加分である温度特性試験ロス増加分の値を０．１２ｄＢ／ｋｍ以下にし得る。

また、前記マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が７．９×１０^－１０以下であることがさらに好ましい。

マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値を７．９×１０^－１０以下にすることによって、伝送損失の増加分である温度特性試験ロス増加分の値を０．１０ｄＢ／ｋｍ以下にし得る。

以上のように、本発明によれば、低温環境下において伝送損失が増加することを抑制し得る光ファイバケーブルが提供される。

本発明の実施形態に係る光ファイバケーブルの長手方向に垂直な断面の構造の概略を示す図である。 図１に示される光ファイバケーブルに含まれる光ファイバテープ心線の一例の概略を示す斜視図である。 図２に示される光ファイバテープ心線に含まれる光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造の概略を示す図である。 光ファイバケーブルにおけるマイクロベンドロス特性因子の値と温度特性試験ロス増加分との関係を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバケーブルを実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。

図１は、実施形態に係る光ファイバケーブル１の長手方向に垂直な断面の構造の概略を示す図である。図１に示すように、光ファイバケーブル１は、シース３と、複数のテープ心線４と、抗張力体６と、を主な構成として備える。

シース３は、管状の部材であり、例えばポリエチレンなどの熱可塑性樹脂から形成される。シース３によって囲われる内部空間３Ｓには、複数のテープ心線４が収容されている。このように、本実施形態の光ファイバケーブル１は、シース３の内部空間３Ｓに複数のテープ心線４が密に収容されるいわゆる細径高密度ケーブル（UHDC: Ultra-High Density Cable）として構成されている。本実施形態において、複数のテープ心線４は同様の構成を有している。

本実施形態において、一対の抗張力体６がシース３の肉厚部に埋設されている。図１の断面視において、抗張力体６は、光ファイバケーブル１の中心を挟んで互いに対向する位置に設けられている。このような抗張力体６によって、テープ心線４の長手方向に張力が作用した際にテープ心線４が必要以上に伸びることが抑制され得る。なお、抗張力体６の位置及び本数は本例に限定されるものではなく、また、抗張力体６を設けなくてもよい。

図２は、テープ心線４の一例の概略を示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態のテープ心線４は、いわゆる間欠接着型のテープ心線である。本実施形態のテープ心線４では、複数の光ファイバ１０が長手方向に垂直な方向に沿って並べられ、並べられた光ファイバ１０同士が接着されている。図２の例では、テープ心線４を構成する光ファイバ１０の心数は１２心である。なお、テープ心線４を構成する光ファイバ１０の心数は１２心に限られず、１２心より多くてもよいし、１２心よりも少なくてもよい。また、テープ心線４は間欠接着型に限定されるものではない。

テープ心線４は、接着部４Ａと、単心部４Ｂとを含んでいる。接着部４Ａは、例えばＵＶ硬化型樹脂や熱硬化性樹脂により形成されており、互いに隣り合う光ファイバ１０に接着されて、これらの光ファイバ１０同士を連結している。接着部４Ａは、長手方向に沿って一定のピッチで間欠的に設けられている。単心部４Ｂは、接着部４Ａの間に位置する部位であり、光ファイバ１０同士が接着されていない部位である。このような構成により、テープ心線４は容易に変形することができ、例えば捩じったり、あるいは概ね円筒状に束ねたりすることができる。図１では、各テープ心線４が概ね円筒状に束ねられた状態の概略が示されている。

ところで、シース３の内部空間３Ｓの体積をＡ、内部空間３Ｓに収容される種々の部材の体積の総和をＢとすると、内部空間３Ｓの空隙率ａは以下のように定めることができる。
ａ＝（Ａ－Ｂ）／Ａ
この空隙率ａが小さい程、光ファイバ１０が密に配置されていることを意味する。本実施形態では、図１に示すように、内部空間３Ｓに収容される部材は複数のテープ心線４である。このため、上記Ｂの値は、内部空間３Ｓ内の複数のテープ心線４の体積の総和に相当する。また、本実施形態では、上記のように、複数のテープ心線４は同様の構成を有しているため、概ね同じ体積である。したがって、この体積をＶとし、内部空間３Ｓに収容されるテープ心線４の本数をｃとすると、上記Ｂの値は、ｃ×Ｖで表することができる。

なお、上記空隙率ａの値は、特に限定されない。しかし、空隙率ａが小さ過ぎる場合、光ファイバの密集度合が過度に大きくなり、隣接する光ファイバ１０同士が互いに及ぼし合う側圧が大きくなって、マイクロベンドロスの増加を招く場合がある。そのため、光ファイバケーブル１内の光ファイバ１０の心数を増やすことと、上記側圧を抑制することとを考慮して、空隙率ａは例えば０．３１以上０．４２以下であってもよい。

図３は、テープ心線４を構成する光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。本実施形態の光ファイバ１０はシングルモード光ファイバである。図３に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を隙間なく囲むクラッド１２と、クラッド１２を被覆するプライマリ被覆層１４と、プライマリ被覆層１４を被覆するセカンダリ被覆層１５と、を主な構成として備える。光ファイバ１０において、クラッド１２はコア１１よりも低い屈折率を有する。

コア１１は、ドーパントが添加されていない純粋石英から形成されてもよく、あるいは、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等がドーパントとして添加された石英から形成されてもよい。

クラッド１２は、上述のように、コア１１よりも低い屈折率を有する。クラッド１２は、例えば、コア１１が純粋石英から形成される場合には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等がドーパントとして添加された石英から形成されてもよく、コア１１が屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等がドーパントとして添加された石英から形成される場合には、ドーパントが添加されていない純粋石英から形成されてもよい。また、クラッド１２には、塩素（Ｃｌ２）が添加された石英から形成されていてもよい。また、クラッド１２は、単一層であってもよく、異なる屈折率を有する複数の層からなってもよく、空孔アシスト型であってもよい。

このように、コア１１及びクラッド１２は、いずれも石英（ガラス）から形成される。したがって、コア１１及びクラッド１２を総称してガラス部１３と言うと、ガラス部１３は、コア１１及びクラッド１２を含んでおり、このガラス部１３がプライマリ被覆層１４によって覆われている。なお、ガラス部１３は、光ファイバ裸線とも呼ばれる。本実施形態のガラス部１３の外径（直径）ｄ_ｆは、一般的な光ファイバのガラス部の外径である概ね１２５μｍよりも細径であり、例えば８０μｍ以上９０μｍ以下であってもよい。

プライマリ被覆層１４は、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂から形成され、ガラス部１３の外側に厚さｔ_p（μｍ）で形成される。本実施形態では、プライマリ被覆層１４のヤング率Ｅ_gは、セカンダリ被覆層１５のヤング率Ｅ_sに比べて低い。このようにガラス部に直接接するプライマリ被覆層１４が低ヤング率とされることで、プライマリ被覆層１４が緩衝材として作用し、ガラス部１３に作用する外力が低減され得る。なお、プライマリ被覆層１４の外周面の半径をＲ_p（μｍ）とすると、プライマリ被覆層１４の外径は２Ｒ_pで表され、また、ガラス部の半径（ｄ_f×１／２）をＲ_g（μｍ）とすると、プライマリ被覆層１４の上記厚さｔ_pは以下の式で表される。
ｔ_p＝Ｒ_p－Ｒ_g

本実施形態において、セカンダリ被覆層１５は、光ファイバ１０の最外層をなす層であり、例えば、プライマリ被覆層１４を形成する樹脂とは異なる種類の紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂から形成され、プライマリ被覆層１４の外側に厚さｔ_s（μｍ）で形成される。例えば、セカンダリ被覆層１５は、プライマリ被覆層１４が紫外線硬化樹脂から形成される場合は、プライマリ被覆層１４を形成する紫外線硬化樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂で形成されてもよく、プライマリ被覆層１４が熱硬化樹脂から形成される場合は、プライマリ被覆層１４とは異なる熱硬化樹脂から形成されてもよい。本実施形態では、セカンダリ被覆層１５のヤング率Ｅ_sは、プライマリ被覆層１４のヤング率Ｅ_gよりも高い。このように、光ファイバ１０の最外層をなすセカンダリ被覆層１５が高ヤング率とされることで、ガラス部１３が外力から適切に保護され得る。なお、セカンダリ被覆層１５の外周面の半径をＲ_sとすると、セカンダリ被覆層１５の外径、すなわち、光ファイバ１０の外径は２Ｒ_sで表され、また、セカンダリ被覆層１５の上記厚さｔ_sは、以下の式で表される。
ｔ_s＝Ｒ_s－Ｒ_p

なお、光ファイバケーブルに使用される光ファイバの外径は一般的に２４０μｍ程度から２５０μｍ程度である。しかし、本実施形態では、セカンダリ被覆層１５の外径が例えば１５０μｍ以上１６１μｍ以下であってもよい。

また、プライマリ被覆層１４の厚さｔ_pとセカンダリ被覆層１５の厚さｔ_sとの和を被覆厚さｔとすると、光ファイバケーブルに使用される光ファイバの被覆厚さは一般的に６０μｍ程度である。しかし、本実施形態では、光ファイバ１０の被覆厚さｔが例えば３５．０μｍ以上３７．５μｍ以下であってもよい。

上述のように、光ファイバケーブル１のシース３の内部空間３Ｓ内には、このような細径の光ファイバ１０が１２心束ねられてなるテープ心線４が密に収容される。こうして、例えば、２８８心、１７２８心、あるいは２０００心以上の光ファイバを含む光ファイバケーブル１が構成される。なお、本実施形態の光ファイバ１０は上述のように細径化されているため、テープ心線４の寸法を一般的なテープ心線の寸法よりも小さくし得る。したがって、シース３の内部空間３Ｓに収容される光ファイバの心数を効果的に増やし得る。あるいは、このように寸法が小さなテープ心線４を内部空間３Ｓに収容することで、光ファイバケーブル１の寸法を小さくし得る。

光ファイバケーブルが例えば－４０℃などの低温環境に晒されると、シースが低温収縮し、この低温収縮するシースによって光ファイバが押圧されて曲げられる。その結果、光ファイバにマイクロベンドロスが生じて、光ファイバケーブルの伝送損失が増加する傾向がある。特に、細径化された光ファイバは、通常の光ファイバに比べて細いため、シースからの押圧によって曲がり易いと考えられる。したがって、細径化された光ファイバが低温環境に晒される場合、通常の光ファイバよりも伝送損失の増加が大きくなると考えられる。また、一般的に、シースを形成する樹脂は、低温になる程収縮量が大きくなる傾向がある。このため、光ファイバケーブルが使用される環境が低温であるほど、光ファイバがシースから受ける押圧が大きくなり、その結果、光ファイバケーブルの伝送損失の増加分も大きくなると考えられる。

しかし、本実施形態の光ファイバケーブル１は、後述するマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が１．２×１０^－９以下になるように形成される。このため、光ファイバケーブル１が例えば－４０℃のような低温環境に晒された場合でも、伝送損失の増加が抑制され得る。以下、この理由について詳細に説明する。

光ファイバのマイクロベンドロスは、上述の非特許文献１～４に記載されているように、光ファイバのジオメトリ及び光学特性の両方の影響を受ける傾向がある。

光ファイバのジオメトリとは、光ファイバの構造に関するパラメータであり、本実施形態では、光ファイバにおけるガラス部の曲げ剛性Ｈ_f、セカンダリ被覆層の耐変形性Ｄ_０、セカンダリ被覆層の曲げ剛性Ｈ_０、ガラス部のヤング率Ｅ_g、プライマリ被覆層のヤング率Ｅ_p、セカンダリ被覆層のヤング率Ｅ_s、ガラス部の外径ｄ_f（ガラス部の直径）、ガラス部の半径Ｒ_g、プライマリ被覆層の半径Ｒ_p、セカンダリ被覆層の半径Ｒ_s、プライマリ被覆層の厚さｔ_p、及びセカンダリ被覆層の厚さｔ_sをいう。

また、上記非特許文献２～４によれば、マイクロベンドロスは、光ファイバを伝搬する導波モードが放射モードと結合するモード結合によって生じる現象とされる。この導波モードは、例えばＬＰ０１モードとされる。このようなモード結合は、光ファイバの軸が微小に曲がるいわゆる微小曲げに起因して起こると言われており、また、導波モードにおける伝搬定数と放射モードにおける伝搬定数との差である伝搬定数差（Δβ）によって決定されると考えられている。上述した光ファイバの光学特性は、光ファイバを伝搬する光の特性に関するパラメータであり、本発明では上記伝搬定数差Δβ（ｒａｄ／ｍ）を意味する。

また、上記のように、光ファイバケーブルが低温環境に晒された場合、光ファイバにマイクロベンドロスが生じて伝送損失が増加する傾向がある。そのため、光ファイバケーブルでは、このような伝送損失の増加を考慮して、－４０℃における常温を基準とする伝送損失の増加分を０．１５ｄＢ／ｋｍ以下にすることが求められる場合がある。このような伝送損失の増加分は、例えばGR-20, Issue 4, July 2013 “Generic Requirements for Optical Fiber and Optical Fiber Cable”に規定されるケーブル温度特性試験によって求めることができ、温度特性試験ロス増加分と言われることがある。

本発明者は、光ファイバケーブルの上記伝送損失に関して鋭意研究した。その結果、本発明者は、上述したジオメトリに関するパラメータを用いて下記式（１）

で表される光ファイバ１０のジオメトリマイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_G}と、上述した光学特性に関するパラメータを用いて下記式（２）

で表される光ファイバ１０の光学マイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_Δβ}と、上記空隙率ａとシース３の内部空間３Ｓに収容される光ファイバ１０の心数ｂとを用いて下記式（３）

で規定される光ファイバケーブル１のケーブル特性Ｄｃと、によって、下記式（４）

で表されるマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が、温度特性試験ロス増加分の値と概ね傾きが正の比例関係にあることを見出した。

なお、非特許文献５（K. Kobayashi, et al., “Study of Microbending loss in thin coated fibers and fiber ribbons,” IWCS, pp.386－392, 1993.）によれば、上記式（１）における定数μの典型値は「３」である。したがって、上記式（１）は、下記式（５）となる。

また、上記非特許文献２及び非特許文献６（C. D. Hussey, et al., “Characterization and design of single-mode optical fibres,” Optical and Quantum Electronics, vol. 14, no. 4, pp. 347－358, 1982.）によれば、上記式（２）における定数ｐの典型値は「４」である。したがって、上記式（２）は、下記式（６）となる。

また、本発明者は、さらに研究を進めたところ、上記マイクロベンドロス特性因子の値が１．２×１０^－９であるときに、温度特性試験ロス増加分が０．１５ｄＢ／ｋｍよりもやや小さい値になることを見出した。上記のように、マイクロベンドロス特性因子の値と温度特性試験ロス増加分の値とは概ね傾きが正の比例関係にある。したがって、光ファイバのマイクロベンドロス特性因子の値を１．２×１０^－９以下にすることによって、－４０℃の低温環境下において、伝送損失の増加分が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下になるように伝送損失の増加を抑制し得る。

次に、上記マイクロベンドロス特性因子の値が１．２×１０^－９であるときに、温度特性試験ロス増加分の値が０．１５ｄＢ／ｋｍよりもやや小さい値になる点について詳細に説明する。

本発明者は、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値と温度特性試験ロス増加分の値との関係を検証するために以下の実験を行った。なお、本発明を実施する態様は当該実験に限定されるものではない。

発明者は、サンプル１～２１の光ファイバケーブルを準備した。サンプル１～２１は、いずれも、図２に示す１２心の光ファイバ１０を含むテープ心線４が上記内部空間３Ｓに収容されたいわゆる細径高密度ケーブルである。サンプル１～２１のそれぞれのパラメータの諸元を下記表１～５に示す。表１～５において、空隙率、心数、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}、及び温度特性試験ロス増加分を除くパラメータは、サンプル１～２１を構成する複数の光ファイバの個々の諸元を示すパラメータである。例えば、表１に示されるサンプル１の光ファイバケーブルは、同一の諸元を有する２８８心の光ファイバを有しており、２４本（２８８／１２）のテープ心線４を有している。また、例えば、表３に示されるサンプル１２の光ファイバケーブルは、同一の諸元を有する１７２８心の光ファイバを有しており、１４４本（１７２８／１２）のテープ心線４を有している。なお、サンプル１～２１のそれぞれのシース３は、同様の構成である。

光ファイバの個々の諸元を示すパラメータのうち、モードフィールド径（ＭＦＤ）、カットオフ波長、ＭＡＣ値、マクロベンドロス、及び伝搬定数差は以下の通りである。

モードフィールド径は、波長１３１０ｎｍの光を光ファイバに伝搬させたときのＬＰ０１モードの光のモードフィールド径である。モードフィールド径は、ＩＴＵ－Ｔ勧告Ｇ．６５０．１において、Petermann IIの定義式（下記式（７））で表される。ここで、Ｅ（ｒ）は、光ファイバの中心軸からの距離がｒとなる点における電界強度を表す。

カットオフ波長は、高次モードが十分に減衰する最小の波長を示す。この高次モードは、例えば、ＬＰ１１モードを指す。具体的には、高次モードの損失が１９．３ｄＢになる最小波長である。カットオフ波長には、ファイバカットオフ波長とケーブルカットオフ波長とがあり、例えばＩＴＵ－Ｔ勧告Ｇ．６５０に記載の測定法によって測定することができる。表１～５にはケーブルカットオフ波長が記載されている。また、ＭＡＣ値は、波長１３１０ｎｍの光のモードフィールド径とケーブルカットオフ波長との比であり、モードフィールド径を２ｗ、ケーブルカットオフ波長λ_ccとすると、２ｗ／λ_ccとして定義される。また、マクロベンドロスは、光ファイバを半径１０ｍｍで曲げた際に波長１６２５ｎｍの光がこの曲がった部分を伝搬することによって生じる曲げ損失である。マクロベンドロスの単位における「／turn」は、「光ファイバの１曲がり当たり」を意味する。また、伝搬定数差は、波長１５５０ｎｍの光の導波モードにおける伝搬定数と、波長１５５０の光の放射モードにおける伝搬定数との差であり、この実験では、波長１５５０ｎｍの光のＬＰ０１モードにおける伝搬定数とＬＰ１１モードにおける伝搬定数との差である。伝搬定数は、試作した光ファイバの屈折率分布に基づいて、非特許文献７（K. Saitoh and M. Koshiba, “Full-Vectorial Imaginary-Distance Beam Propagation Method Based on a Finite Element Scheme: Application to Photonic Crystal Fibers,” IEEE J. Quant. Elect. vol. 38, pp. 927-933, 2002.）に記載される２次元有限要素法を用いて計算した。

サンプル１～２１の光ファイバケーブルのそれぞれのマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値は、表１～５に記載される各パラメータの値を式（３）、（４）、（５）、及び（６）に代入することによって求めた。

サンプル１～２１の光ファイバケーブルのそれぞれの温度特性試験ロス増加分は、上記のように、GR-20, Issue 4, July 2013 “Generic Requirements for Optical Fiber and Optical Fiber Cable”に規定されるケーブル温度特性試験によって求めた。具体的には、全長１ｋｍのケーブルをドラムに巻き付け、当該ドラムを常温の恒温槽に投入した後、ケーブルの一端及び他端のそれぞれ３ｍを恒温槽から出して、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）に接続した。上記ドラムとして、巻回されたケーブルの重なりが７層以下になるドラム径のものを選択した。なお、上記ケーブル温度特性試験では、このドラム径は測定値に殆ど影響しないことが知られている。そのため、上記とは異なるドラム径のドラムを使用することも可能である。次に、恒温槽が常温の状態において上記ケーブルを伝搬する波長１６２５ｎｍの光の伝送損失の値を測定した。その後、恒温槽の温度を１．５時間以上かけて低下させ、当該温度が－４０℃になったことを確認してから、－４０℃の温度を１２時間保持した後に、上記ケーブルを伝搬する波長１６２５ｎｍの光の伝送損失の値を測定した。当該伝送損失の値と上述の常温で測定した伝送損失の値との差を求め、この差を温度特性試験ロス増加分とした。

本発明者は、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値を横軸（Ｘ軸）、温度特性試験ロス増加分の値を縦軸（Ｙ軸）とする座標に、サンプル１～２１のそれぞれのマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値及び温度特性試験ロス増加分の値をプロットした。その結果、図４に示すような散布図が得られた。この散布図から、最小２乗法用いて関数を求めたところ、下記式（８）で表される正の傾きを有する１次関数が得られた。また、図４のデータの相関係数は８７％以上を得た。

なお、図４において、この１次関数は直線Ｌとして表されている。このように、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値と温度特性試験ロス増加分の値とは高い相関関係を有し、具体的には、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が温度特性試験ロス増加分の値と概ね正の傾きを有する比例関係にあることが分かった。

上記のように、光ファイバケーブルでは、－４０℃における常温を基準とする伝送損失の増加分を０．１５ｄＢ／ｋｍ以下にすることが求められる傾向がある。そこで、式（８）に基づいて、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値を求めたところ、当該値が１．２×１０^－９である場合に温度特性試験ロス増加分が０．１５ｄＢ／ｋｍよりもやや小さい値になることが分かった。

したがって、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が１．２×１０^－９以下である上記実施形態の光ファイバケーブル１によれば、－４０℃の低温環境下において、伝送損失の増加分が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下になるように伝送損失の増加を抑制することができる。

なお、図４に示すように、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が９．９×１０^－１０以下であれば、伝送損失の増加分である温度特性試験ロス増加分の値を０．１２ｄＢ／ｋｍ以下にし得ることが分かった。また、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が７．９×１０^－１０以下であれば、伝送損失の増加分である温度特性試験ロス増加分の値を０．１０ｄＢ／ｋｍ以下にし得ることが分かった。

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、セカンダリ被覆層が光ファイバの最外層である例を説明した。しかし、セカンダリ被覆層のさらに外周に第３被覆層として着色層を設けた場合においても、着色層のヤング率がセカンダリ被覆層のヤング率と著しく異なることが無い限り、セカンダリ層と着色層とを含めて第２被覆層、すなわち、セカンダリ被覆層とみなして、本発明に適用することが可能である。

また、上記実施形態では、シース３の内部空間３Ｓにテープ心線を収容して光ファイバケーブルを構成する例を説明した。しかし、内部空間３Ｓに単心の光ファイバを複数収容して光ファイバケーブルを構成してもよい。単心の光ファイバから構成される光ファイバケーブルにおいて、低温環境においてシース３が収縮すると、それぞれの光ファイバがシース３に押される。しかし、これら単心の光ファイバは、テープ心線の場合と異なり、他の光ファイバに固定されていないため、シース３に押された場合でも、テープ心線の場合に比べて他の光ファイバに拘束されずに内部空間３Ｓ内を動くことができる。このように、単心の光ファイバは、内部空間３Ｓにおける移動の自由度が大きい。そのため、各光ファイバがシース３から受ける押圧が軽減されて光ファイバのマイクロベンドロスが小さくなり得る。よって、テープ心線の場合に比べて、伝送損失の増加分が小さくなると考えられる。一方、光ファイバケーブルをテープ心線から構成する場合、テープ心線を構成する個々の光ファイバの移動が当該テープ心線を構成する他の光ファイバによって拘束される。この点においては、テープ心線を構成する光ファイバの心数によらず同様である。つまり、テープ心線においては、個々の光ファイバの移動の自由度は、テープ心線を構成する光ファイバの心数に関わらず概ね等しいと考えられる。そのため、光ファイバケーブルをテープ心線から構成する場合、各光ファイバがシース３から受ける押圧は、テープ心線を構成する光ファイバの心数が１２心以外の場合であっても、１２心の場合と概ね等しく、マイクロベンドロスも概ね等しいと考えられる。よって、１２心以外の心数のテープ心線によって光ファイバケーブルを構成する場合でも、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値と温度特性試験ロス増加分の値との関係は概ね式（８）で表され得る。したがって、マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値を１．２×１０^－９以下にすることで、テープ心線を構成する光ファイバの心数によらず、－４０℃の低温環境下において伝送損失の増加分を０．１５ｄＢ／ｋｍ以下にし得る。

本発明によれば、低温環境下において伝送損失が増加することを抑制し得る光ファイバケーブルが提供され、例えば通信インフラなどの分野において利用可能である。

Claims (11)

1. コア及び前記コアを囲うクラッドを含むガラス部、前記クラッドを覆うプライマリ被覆層、及び前記プライマリ被覆層を覆うセカンダリ被覆層を含む複数の光ファイバと、複数の前記光ファイバを内部空間に収容するシースと、を備える光ファイバケーブルであって、
   前記光ファイバは、
   前記ガラス部の曲げ剛性をＨ_f（Ｐａ・ｍ⁴）、前記セカンダリ被覆層の耐変形性をＤ_０（Ｐａ）、前記セカンダリ被覆層の曲げ剛性をＨ_０（Ｐａ・ｍ⁴）、前記ガラス部のヤング率をＥ_g（ＧＰａ）、前記プライマリ被覆層のヤング率をＥ_p（ＭＰａ）、前記セカンダリ被覆層のヤング率をＥ_s（ＭＰａ）、前記ガラス部の外径をｄ_f（μｍ）、前記プライマリ被覆層の外周面の半径をＲ_p（μｍ）、前記セカンダリ被覆層の外周面の半径をＲ_s（μｍ）、前記プライマリ被覆層の厚さをｔ_p（μｍ）、及び前記セカンダリ被覆層の厚さをｔ_s（μｍ）とする場合に、
   

   

   で表される前記光ファイバのジオメトリマイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_G}（Ｐａ^-1・ｍ-^10.5）と、
   前記光ファイバを伝搬する導波モードにおける伝搬定数と放射モードにおける伝搬定数との差を伝搬定数差Δβ（ｒａｄ／ｍ）とする場合に、
   

   

   で表される前記光ファイバの光学マイクロベンドロス特性Ｆ_{μBL_Δβ}（１／（ｒａｄ／ｍ）⁸）と、を有し、
   前記内部空間の空隙率ａと前記内部空間に収容される前記光ファイバの心数ｂとを用いて前記光ファイバケーブルのケーブル特性Ｄｃを以下の式で規定する場合に、
   

   

   以下の式で表されるマイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が１．２×１０^－９以下であり、
   

   

   前記ガラス部の前記外径ｄ _f が８０（μｍ）以上９０（μｍ）以下であり、
   前記内部空間の前記空隙率ａが０．３１以上０．４２以下である
   ことを特徴とする光ファイバケーブル。
2. 前記マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が９．９×１０^－１０以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記マイクロベンドロス特性因子Ｆ_{μBL_GΔβ}の値が７．９×１０^－１０以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記光ファイバを伝搬する波長１５５０ｎｍの光のＬＰ０１モードにおける伝搬定数とＬＰ１１モードにおける伝搬定数との差である伝搬定数差が１．１０×１０ ^４ （ｒａｄ／ｍ）以上１．５３×１０ ^４ （ｒａｄ／ｍ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記プライマリ被覆層の前記ヤング率Ｅ _p （ＭＰａ）と前記ガラス部の外径ｄ _f （μｍ）とを乗じ、前記プライマリ被覆層の厚さｔ _p （μｍ）で除した値であるＫｓが６．０×１０ ^５ （Ｐａ）以上１．２×１０ ^６ （Ｐａ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
6. 前記ガラス部の前記曲げ剛性Ｈ _f が１．４９×１０ ^－７ （Ｐａ・ｍ ⁴ ）以上２．３８×１０ ^－７ （Ｐａ・ｍ ⁴ ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
7. 前記セカンダリ被覆層の前記耐変形性Ｄ _０ が１．８×１０ ^６ （Ｐａ）以上３．６×１０ ^６ （Ｐａ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
8. 前記セカンダリ被覆層の前記曲げ剛性Ｈ _０ が２．０９×１０ ^－８ （Ｐａ・ｍ ⁴ ）以上３．２２×１０ ^－８ （Ｐａ・ｍ ⁴ ）以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
9. 前記プライマリ被覆層の前記ヤング率Ｅ _p が０．１３（ＭＰａ）以上０．２２（ＭＰａ）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
10. 前記プライマリ被覆層の前記外周面の前記半径Ｒ _p が５４．８（μｍ）以上６１．０（μｍ）以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
11. 前記セカンダリ被覆層の前記外周面の前記半径Ｒ _s が７５．４（μｍ）以上８０．５（μｍ）以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。

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