JPWO2016190297A1 - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

光ファイバが、コアと、前記コアと同芯状に前記コアの外周を取り囲むように形成され、前記コアの外周に隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周に形成される外クラッド部とを少なくとも有するクラッドとを有する。前記コアの屈折率をΔ１、最大の屈折率をΔ１ｍａｘ、外周半径をｒ１とし、前記内クラッド部の屈折率をΔ２、最小の屈折率をΔ２ｍｉｎ、外周半径をｒ２とし、前記外クラッド部の屈折率をΔ３、外周半径をｒ３とした場合、Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎであり、Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０８％であり、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３であり、０．３５≦ｒ１／ｒ２≦０．５５であり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６μｍ以上、かつ９．２μｍ以下である。

Description

本発明は、光ファイバに関する。
本願は、２０１５年５月２７日に、日本に出願された特願２０１５−１０７０３０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

光ファイバケーブルに実装される光ファイバの実装密度を高める技術の一つとして、特許文献１及び非特許文献１に記載されているような細径高密度ケーブルが提案されている。細径高密度ケーブルでは、スロットロッド、あるいはルースチューブのようなケーブル構造とは異なり、ケーブルコアの上に直接シースが設けられるため、局所的な曲げが光ファイバに加わることを避けられない。一般的に、光ファイバのコア内部に閉じ込められた光は曲げによりコアの外にしみだす、つまり、損失を生じる。そのため、細径高密度ケーブルには、曲げ耐性の良好な光ファイバを実装する必要がある。

光ファイバの曲げ損失を低減する手段として、（１）コア部の屈折率（クラッドとの比屈折率差、Δ）を高くすること、（２）トレンチ層を設けること、（３）コア周辺に空孔を設けること等が挙げられる。これらの曲げ損失が低減された光ファイバ（低曲げ損失光ファイバ）は、細径高密度ケーブルに実装可能である。

日本国特開２００９−２３７３４１号公報

M. Yamanaka et al, Ultra-high density optical fiber cable with "Spider Web Ribbon" Proceedings of the 61st IWCS Conference, 2-4, 2012.

上述の低曲げ損失光ファイバは、良好な曲げ損失特性を有する一方で、曲げ損失の低減がモードフィールド径（ＭＦＤ）の縮小とトレードオフの関係にあるために、ＭＦＤの縮小化を避けられない。そのため、この低曲げ損失光ファイバを、汎用的なシングルモードファイバ（ＳＳＭＦ、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２準拠）と接続する場合、ＭＦＤのミスマッチが生じることが問題となる。具体的には、ＭＦＤのミスマッチは、接続点での損失を生じる。また、施工業者がＯＴＤＲなどを用いて光線路に異常点などがないかをチェックする際、この低曲げ損失光ファイバとＳＳＭＦとの間の接続点で段差が生じ、異常点との区別がつきにくいなどの理由で、検査の障害になることも問題となっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＭＦＤの縮小化を抑制しつつ、曲げ損失を低減することが可能な光ファイバを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光ファイバは、光ファイバが、コアと、前記コアと同芯状に前記コアの外周を取り囲むように形成され、前記コアの外周に隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周に形成される外クラッド部とを少なくとも有するクラッドとを有する。前記コアの屈折率をΔ１、最大の屈折率をΔ１ｍａｘ、外周半径をｒ１とし、前記内クラッド部の屈折率をΔ２、最小の屈折率をΔ２ｍｉｎ、外周半径をｒ２とし、前記外クラッド部の屈折率をΔ３、外周半径をｒ３とした場合、Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎであり、Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０８％であり、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３であり、０．３５≦ｒ１／ｒ２≦０．５５であり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６μｍ以上、かつ９．２μｍ以下である。

半径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．０２ｄＢ以下であり、半径１０ｍｍのマンドレルに１回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ以下であり、光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であってもよい。

光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であってもよい。
光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１０ｄＢ／ｋｍ以下であってもよい。
０．４≦ｒ１／ｒ２≦０．５であってもよい。
Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０５％であってもよい。
波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．８μｍ以上、かつ９．２μｍ以下であってもよい。

本発明の上記態様によれば、光ファイバのＭＦＤの縮小化を抑制しつつ、曲げ損失を低減することが可能になる。

本発明の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布を示す模式図である。

以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。
本実施形態では、今まで困難と考えられてきた、細径高密度ケーブルに実装可能なレベルの低曲げ損失特性及びＳＳＭＦと同等レベルのＭＦＤを両立させることが可能な光ファイバの設計領域を見出した。本実施形態に係る光ファイバにより、ＭＦＤのミスマッチを引き起こすことなく、省スペース化が可能な細径高密度光ケーブルを実現できる。

国際電気通信連合の電気通信標準化部門から勧告されたＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２（Characteristics of a single-mode optical fibre and cable）には、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の複数のカテゴリーが規定されている。ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２．Ａ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２．Ｂ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２．Ｃ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２．Ｄのいずれにおいても、同一の光ファイバ特性が規定されており、本実施形態では、この光ファイバ特性を汎用光ファイバ（ＳＳＭＦ、Standard single-mode fibre）の特性と定義する。

ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２による光ファイバ特性は、次のとおりである。
モードフィールド径（ＭＦＤ）は、波長１３１０ｎｍにおいて８．６〜９．５μｍ（許容差±０．６μｍ）。
クラッド直径は、１２５．０μｍ（許容差は±１μｍ）。
コア偏心量は、最大で０．６μｍ。
クラッド非円率は、最大で１．０％。
ケーブルカット波長は最大で１２６０ｎｍ。
マクロベンディングロスは、半径３０ｍｍ、１００ターン、波長１６２５ｎｍにおいて最大で０．１ｄＢ。
プルーフストレスは、最小で０．６９ＧＰａ。
波長分散係数は、最小ゼロ分散波長λ_０ｍｉｎが１３００ｎｍ、最大ゼロ分散波長λ_０ｍａｘが１３２４ｎｍ、最大ゼロ分散スロープＳ_０ｍａｘが０．０９２ｐｓ／ｎｍ^２×ｋｍ。

伝送システム系の送受信機近辺には、ＳＳＭＦが用いられることが一般的である。ＭＦＤのミスマッチを起因とする接続損失、あるいは、ＯＴＤＲ波形での段差を低減するためには、細径高密度ケーブルに実装される光ファイバにおいても、Ｇ．６５２の規格内に収まること、つまり、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６〜９．５μｍの範囲内であることが望ましい。さらに、「ＦｕｔｕｒｅＧｕｉｄｅ（登録商標）−ＬＷＰ シングルモードファイバ」（株式会社フジクラ製）に代表されるＳＳＭＦの製品では、ＭＦＤ（１．３１μｍ）の規格値が９、２±０．４μｍであることがほとんどである。そのため、本実施形態の光ファイバは、８．８μｍ以上のＭＦＤを有することがより好ましい。

ＭＦＤ以外にＧ．６５２で定められている主要な光学特性として、ケーブルカットオフ波長（λｃｃ）が挙げられる。よって、上述のＭＦＤを有すると共に、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下の特性を満足し、且つ、細径高密度ケーブルに実装可能なレベルの曲げ損失特性を得る光ファイバが要求される。

光ファイバ曲げ損失特性には、マクロな曲げによる損失（マクロベンディングロス）とミクロな曲げによる損失（マイクロベンディングロス）の二つがある。細径高密度ケーブルには、どちらの曲げ損失特性も低い（良好である）ことが要求される。

マイクロベンディングロスは、例えば、参考文献１（特許第３７２５５２３号公報）に記載されているサンドペーパー張力巻きロス増によって評価される。サンドペーパー張力巻きロス増は以下のような方法で測定される。
胴径３８０ｍｍのボビンの胴部分に、サンドペーパー（平均粒径５０μｍのＳｉＣ（例えば型番＃３６０）を巻き付け、その周囲に１００ｇｆで、光ファイバ素線を１層巻きした状態で伝送損失を測定する。その後、この光ファイバ素線をボビンから繰り出し、張力をほとんどかけない状態で（このような状態は無張力の束と呼ばれている）伝送損失を測定する。そして、これらの伝送損失の差を求め、サンドペーパー張力巻きロス増（Δα）とする。
ここで、光ファイバ素線とは、光ファイバ裸線の外周にＵＶ硬化樹脂などがコーティングされた光ファイバである。また、光ファイバ裸線とは、光ファイバ母材から線引きされた状態で、樹脂等によるコーティングがされていない光ファイバである。本実施形態において、単に光ファイバと記載する場合は光ファイバ裸線と光ファイバ素線とのどちらであってもよい。

光ファイバが細径高密度ケーブルに実装可能かどうかは、最終的には、ケーブルに実装後の伝送損失の温度特性（ケーブル特性）を評価することで判断される。具体的には、例えばＩＥＣ６０７９４−３−１１で定められている温度変化を加えた際（低温側は−４０℃〜−４５℃、高温側は＋６０℃〜＋７０℃、２サイクル）、伝送損失の変動量が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下を満足するかどうかが、指標の一つとなる。
一方、ケーブル特性は、光ファイバのマクロベンディングロス及びマイクロベンディングロスが大きく影響する。そのため、光ファイバ素線の段階でこれら二つの曲げ損失特性を評価することにより、細径高密度ケーブルに実装可能かどうかを判断することも可能である。

図１に本実施形態に係る光ファイバの屈折率分布形状の模式図を示す。屈折率分布形状は、コア部にディプレスド（depressed）構造を付与した形状である。光ファイバは、コア１１とクラッド１４を有する。光ファイバの長手方向に垂直な断面において、コア１１は、中心部に設けられている。同じくクラッド１４は、コア１１と同芯状に、コア１１の外周を取り囲んでいる。クラッド１４は、少なくともコア１１の外周に隣接した内クラッド部１２と、さらにその外周に設けられた外クラッド部１３とを有する。

コア１１の屈折率はΔ１であり、外周半径はｒ１である。内クラッド部１２の屈折率はΔ２であり、外周半径はｒ２である。外クラッド部１３の屈折率はΔ３であり、外周半径はｒ３である。図１では、各部の屈折率Δ１、Δ２及びΔ３がそれぞれ一定値のように示されているが、各部の屈折率は、半径方向の位置によって屈折率が異なる分布を有してもよい。Δ１、Δ２及びΔ３は、比屈折率差として定義してもよい。

外周半径ｒ１、ｒ２及びｒ３は、それぞれ光ファイバの中心１５から各部の外周までの距離である。光ファイバの中心１５は、光ファイバの長手方向に垂直な断面が円形である場合、その円の中心としてもよい。外周半径は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３の関係を満たす。外クラッド部１３の外周半径ｒ３は、クラッド直径の１／２であってもよい。

コア１１の屈折率Δ１の最大値をΔ１ｍａｘとし、内クラッド部１２の屈折率Δ２の最小値をΔ２ｍｉｎとするとき、Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎである。外クラッド部１３の屈折率Δ３が一定値でない場合も考慮したとき、その最大値をΔ３ｍａｘ、最小値をΔ３ｍｉｎとして、Δ１ｍａｘ＞Δ３ｍａｘ≧Δ３ｍｉｎ＞Δ２ｍｉｎであってもよい。なお、Δ３ｍａｘとΔ３ｍｉｎを規定する範囲は、外クラッド部１３の全域に限らず、光学特性に影響を及ぼす領域、例えば外周半径がｒ２からｒ２の２倍の領域とすることもできる。この領域外では、Δ３が規定の範囲外であり得る。

本実施形態に係る光ファイバは、前記課題を解決するため、Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０８％であり、０．３５≦ｒ１／ｒ２≦０．５５である関係を有することが好ましい。またΔ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０５％であることが特に好ましい。０．４≦ｒ１／ｒ２≦０．５であることが特に好ましい。外クラッド部１３の屈折率Δ３が一定値でない場合も考慮したとき、Δ３−Δ２ｍｉｎの代わりに、Δ３ｍａｘ−Δ２ｍｉｎ又はΔ３ｍｉｎ−Δ２ｍｉｎ等の値を用いることもできる。

光ファイバのλｃｃは、１２６０ｎｍ以下であることが好ましい。また、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤは、８．６μｍ以上、かつ９．２μｍ以下であることが好ましく、８．８μｍ以上、かつ９．２μｍ以下であることが特に好ましい。

マクロベンディングロスとしては、半径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．０２ｄＢ以下であり、半径１０ｍｍのマンドレルに１回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ以下であることが好ましい。
マクロベンディングロスの測定に使用する光ファイバは、特に限定されないが、光ファイバ素線であってもよい。

マイクロベンディングロスとしては、光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。また、光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であることがより好ましい。さらに、光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１０ｄＢ／ｋｍ以下であることが特に好ましい。マイクロベンディングロスの測定に使用する光ファイバ素線は、特に限定されないが、クラッドの外周に、通常のＵＶ硬化樹脂がコーティングされた光ファイバ素線が挙げられる。

コア１１及びクラッド１４は、通常、石英系ガラスの材料から構成される。石英系ガラスは、シリカ（ＳｉＯ_２）であり、ドーパントを含んでもよい。コア１１、内クラッド部１２、外クラッド部１３のいずれかがドーパントを含まない純シリカとすることもでき、それぞれがドーパントを含むシリカとすることもできる。ドーパントとして、Ｇｅ，Ｂ，Ａｌ，Ｐ，Ｆ，Ｃｌ，Ｎａ，Ｋ等の１種又は２種以上が挙げられる。ドーパントの種類、組み合わせ、濃度等は部分ごとに異ならせることができる。

光ファイバ素線の場合、クラッド１４の外周には、プラスチック、例えばＵＶ硬化樹脂等の被覆層が１層又は２層以上設けられる。クラッドの外周に隣接する１次被覆層には、ヤング率が１．０ＭＰａ以下のＵＶ硬化樹脂などが好ましい。１次被覆層の外周に設けられる２次被覆層には、ヤング率が５００ＭＰａ以上のＵＶ硬化樹脂などが好ましい。各被覆層に使用可能なＵＶ硬化樹脂としては、例えばウレタンアクリレート系、ポリブタジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系などが挙げられる。

光ファイバのクラッド直径（外径）としては、例えば１００〜１２５μｍが挙げられる。１次被覆層の外径としては１３０〜２５０μｍが挙げられる。２次被覆層の外径としては１６０〜４００μｍが挙げられる。コア１１、内クラッド部１２、外クラッド部１３の形状は、断面において略同心円状でもよい。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
光ファイバのクラッドは、コアから外周に向かって、内クラッド部（第１クラッド部）と外クラッド部（第２クラッド部）との２つの部分のみを有してもよく、第２クラッド部の外周に、さらに他の部分（第３クラッド部等）を有してもよい。例えば、第１〜第３クラッド部から構成されるクラッド、第１〜第４クラッド部から構成されるクラッド等を採用することも可能である。

細径高密度ケーブルとしては、複数本の光ファイバを集合したケーブルコアの外周を、保護テープやケーブルシース（外被）等により被覆した構造が挙げられる。ケーブルコアは、光ファイバの内側にスロットロッド等の光ファイバを支持する部材を含まなくてもよい。ケーブルコアに集合される光ファイバ素線の心数は、例えば２４〜２００心である。ケーブルシース内には、金属線、強化繊維等の抗張力体を埋め込むこともできる。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
表１に、実施例の光ファイバの屈折率分布のパラメータ値を示す。コアの最大の屈折率Δ１ｍａｘはΔ１に等しく、内クラッド部の最小の屈折率Δ２ｍｉｎはΔ２に等しい。比屈折率差は、Δ３＝０％を基準とした。

表２に、実施例の光ファイバの光学特性を示す。

表２より、表１の光ファイバは、ＳＳＭＦと同等の特性を有し、すなわち、ＭＦＤ（波長１．３１μｍ）の値が８．８μｍ以上、λｃｃ（ケーブルカットオフ波長）の値が１２６０ｎｍ以下である。さらに、細径高密度ケーブルに要求される低曲げ損失（波長１．５５μｍおよび半径１５ｍｍで０．０２ｄＢ／１０ｔｕｒｎ以下、波長１．５５μｍおよび半径１０ｍｍで０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下）を満足している。
表３に、実施例の光ファイバのサンドペーパー張力巻きロス増の結果を示す。また、表３中には、参考値としてＳＳＭＦの評価結果も示す。表３を見てわかるように、実施例の光ファイバでは、ＳＳＭＦより低い値が得られていることがわかる。

以上の結果より、実施例の光ファイバは、細径高密度ケーブルに実装可能な曲げ特性を有し、且つ、ＳＳＭＦと同等のＭＦＤを有する光ファイバであることがわかる。

Δ１…コアの屈折率、Δ２…内クラッド部の屈折率、Δ３…外クラッド部の屈折率、ｒ１…コアの外周半径、ｒ２…内クラッド部の外周半径、ｒ３…外クラッド部の外周半径、１１…コア、１２…内クラッド部、１３…外クラッド部、１４…クラッド、１５…光ファイバの中心。

Claims (7)

1. コアと、
   前記コアと同芯状に前記コアの外周を取り囲むように形成され、前記コアの外周に隣接した内クラッド部と、前記内クラッド部の外周に形成される外クラッド部とを少なくとも有するクラッドと
   を有する光ファイバにおいて、
   前記コアの屈折率をΔ１、最大の屈折率をΔ１ｍａｘ、外周半径をｒ１とし、
   前記内クラッド部の屈折率をΔ２、最小の屈折率をΔ２ｍｉｎ、外周半径をｒ２とし、
   前記外クラッド部の屈折率をΔ３、外周半径をｒ３とした場合、
   Δ１ｍａｘ＞Δ３＞Δ２ｍｉｎであり、
   Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０８％であり、
   ｒ１＜ｒ２＜ｒ３であり、
   ０．３５≦ｒ１／ｒ２≦０．５５であり、
   ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、
   波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．６μｍ以上、かつ９．２μｍ以下である光ファイバ。
2. 半径１５ｍｍのマンドレルに１０回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．０２ｄＢ以下であり、半径１０ｍｍのマンドレルに１回巻いたときの１５５０ｎｍにおける損失増加が０．２ｄＢ以下であり、光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．３ｄＢ／ｋｍ以下である請求項１に記載の光ファイバ。
3. 光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下である請求項１又は２に記載の光ファイバ。
4. 光ファイバ素線の、波長１５５０ｎｍにおけるサンドペーパー張力巻きロス増が０．１０ｄＢ／ｋｍ以下である請求項１又は２に記載の光ファイバ。
5. ０．４≦ｒ１／ｒ２≦０．５である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
6. Δ３−Δ２ｍｉｎ≦０．０５％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
7. 波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．８μｍ以上、かつ９．２μｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。

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