JPWO2018159146A1 - 光ファイバ - Google Patents

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Abstract

本実施形態に係る光ファイバは、長距離かつ大容量の伝送に適した構造として、コア、８０μｍ以上１３０μｍ以下の外径を有するクラッド、一次被覆、および一次被覆より高い弾性と２１０μｍ以下の外径を有する二次被覆を備える。係る構造を有する当該光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて１０μｍ以上のＭＦＤと、１２６０ｎｍより長いケーブルカットオフ波長と、波長１５５０ｎｍにおいて０.６ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンドロスを有する。

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。
光通信網において伝送される情報の量が増加しており、光通信網の大容量化が求められている。光通信網において、伝送路として用いられる光ファイバの伝送容量は、非線形限界に因り制限される。そこで、実効断面積（Ａeff：effective area）を大きくすることで非線形性の増加抑制を可能にする光ファイバが検討されている。
また、１本の光ケーブル当たりの伝送容量を増加させるため、光ケーブルに含まれる光ファイバの芯数増加も検討されている。しかしながら、既設のダクトの径の制限や、敷設時のコスト増加等の問題により、光ケーブルの外径を増大させることで該光ケーブルに含まれる光ファイバの芯数を単純に増加させることにはデメリットがある。
光ケーブルの外径を著しく増大させることなく伝送容量を増加させるためには、光ケーブル内に収納されるべき光ファイバそれぞれの外径を細くすることにより、より高い空間密度で多数の光ファイバを光ケーブル内に収容する技術が有効である。光ファイバは、一般に、光を導波するための構造を有するガラスが樹脂で被覆された構造を有し、樹脂被覆の外径は典型的には２５０μｍである。光ファイバの樹脂被覆の外径を２００μｍとすれば、単位断面積当たりの光ファイバの密度を約１.５倍に高めることができるので望ましい。なお、本明細書では、特記しないかぎり、「外径」は、光ファイバの断面（ファイバ軸に直交する面）において対象領域の最外周の直径を表すものとする。
特許文献１に記載された光ファイバは、２１０μｍ以下の細い外径を有するとともに、光ファイバ状態での弾性率（in situ modulus of elasticity：以下、「in situ弾性率」と記す）が０.５ＭＰａより小さな一次被覆樹脂層を有する。これにより特許文献１に記載の光ファイバでは、マイクロベンドロスが低く抑えられる。係る光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおいて８.６μｍ〜９.５μｍのモードフィールド径（Mode Field Diameter：以下、「ＭＦＤ」と記す）を有する。このＭＦＤの範囲は、ITU-T G.652として勧告されている範囲である。多くの汎用的なシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：以下、「ＳＭＦ」と記す）は、この範囲のＭＦＤを有する。このようにＭＦＤの範囲には幅があり、ＭＦＤが大きいほどマイクロベンドロスが増大し、ＭＦＤが小さいほど軸ズレによる接続ロスが生じ易くなる、というトレードオフが存在する。
特許文献２に記載された光ファイバは、２２０μｍ以下の細い外径を有するとともに、０.５ＭＰａより小さなin situ弾性率を持つ一次被覆樹脂層と、１５００ＭＰａより大きなヤング率を持つ二次被覆層とを有する。これにより特許文献２に記載の光ファイバは、更に低く抑えられたマイクロベンドロスと、波長１３１０ｎｍにおいて９μｍより大きなＭＦＤを持つ。特許文献２の段落「０００２」に記載されたように、標準的なＳＭＦのＭＦＤは９.２μｍであることから、９μｍ程度のＭＦＤを有する光ファイバは、標準的なＳＭＦとの間でＭＦＤの不整合が小さく接続ロスが低い。
米国特許第９２４４２２０号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０３０８０１５号明細書 特開２００１−３２８８５１号公報
J. F. Libert et al., "THE NEW 160 GIGABIT WDM CHALLENGE FOR SUBMARINE CABLE SYSTEM", Proceedings of IWCS (International Wire & Cable Symposium) 1998, p375-383
発明者らは、上述の従来技術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、上記特許文献１および２に記載された光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて約１０μｍ程度の小さなＭＦＤを有するので、長距離（long haul）での伝送容量が低い。光増幅器を用いた長距離かつ大容量の伝送では、光増幅器における非線形雑音により伝送容量が制約される。この非線形雑音はＭＦＤの４乗に反比例して低減するので、ＭＦＤを拡大することが望ましい。非線形雑音の低減により光ファイバ１本当たりの伝送容量を高めること、および、光ケーブルにおける空間密度の向上（収納されるべき各光ファイバの外径低減）により光ケーブルの伝送容量を高めることが望ましいが、そのような光ファイバを実現する方法は上述の先行技術には開示されていない。
また、光ファイバのガラス外径や被覆外径を小さくした場合、ガラスの微小な曲げによる損失であるマイクロベンドロスが増加してしまう。また、ガラスを細径化した場合、リムーバーで被覆を剥く作業において、被覆の引っかかりが小さくなることから、被覆残りが発生し易くなる（作業性の悪化）。
本発明は、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、長距離かつ大容量の伝送に好適な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。
本発明に係る光ファイバは、コアと、クラッドと、一次被覆と、二次被覆と、を備える。コアは、ファイバ軸に沿って延びるとともに、シリカガラスからなる。クラッドは、コアを包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、シリカガラスからなる。更にクラッドは、コアより低い屈折率を有するとともに、ファイバ軸に直交する当該光ファイバの断面上において８０μｍ以上１３０μｍ以下の外径を有する。一次被覆は、クラッドを包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、紫外線硬化性樹脂からなる。二次被覆は、一次被覆を包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、一次被覆より高い弾性を有する紫外線硬化性樹脂からなる。更に二次被覆は、当該光ファイバの断面上において２１０μｍ以下の外径を有る。上述のような構造において、当該光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて１０μｍ以上のＭＦＤ（モードフィールド径）と、１２６０ｎｍより長いケーブルカットオフ波長を有する。更に、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験により測定されるマイクロベンドロスは、波長１５５０ｎｍにおいて０.６ｄＢ／ｋｍ以下である。
本発明によれば、長距離で大容量の伝送に好適に用いられる光ファイバが得られる。
は、光ファイバ１の断面構造を示す図である。 は、光ファイバ１の屈折率プロファイルの例を示す図である。 は、マイクロベンドロスとガラス外径との関係を示すグラフである。 は、マイクロベンドロスと一次被覆厚みとの関係を示すグラフである。 は、一次被覆径および二次被覆径に対するマイクロベンドロスの傾向を示す表である。 は、一次被覆のin situ弾性率とマイクロベンドロスが０.６ｄＢ／ｋｍ以下となる上限のＡeffとの関係を示す表である。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
（１） 本実施形態に係る光ファイバは、その一態様として、コアと、クラッドと、一次被覆と、二次被覆と、を備える。コアは、ファイバ軸に沿って延びるとともに、シリカガラスからなる。クラッドは、コアを包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、シリカガラスからなる。更にクラッドは、コアより低い屈折率を有するとともに、ファイバ軸に直交する当該光ファイバの断面上において８０μｍ以上１３０μｍ以下の外径を有する。一次被覆は、クラッドを包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、紫外線硬化性樹脂からなる。二次被覆は、一次被覆を包囲した状態でファイバ軸に沿って延びるとともに、一次被覆より高い弾性を有する紫外線硬化性樹脂からなる。更に二次被覆は、当該光ファイバの断面上において２１０μｍ以下の外径を有る。なお、コアは、互いに屈折率の異なる複数の領域（例えば内側コアと外側コア）を備えてもよい。同様に、クラッドも、互いに屈折率の異なる複数の領域（例えば内側クラッドと外側クラッド）を備えてもよい。上述のような構造において、当該光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて１０μｍ以上のＭＦＤと、１２６０ｎｍより長いケーブルカットオフ波長と、波長１５５０ｎｍにおいて０.６ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンドロスを有する。なお、マイクロベンドロスは、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験により測定される。また、マイクロベンドロスは小さいほど好ましい。
（２）本実施形態の一態様として、当該光ファイバの断面上において、一次被覆の厚さは二次被覆の厚さよりも厚いのが好ましい。具体的には、一次被覆の厚さは１５μｍ以上であり、二次被覆の厚さは１０μｍ以上であるのが好ましい。
（３）本実施形態の一態様として、一次被覆のin situ弾性率は０.７ＭＰａ以下であり、二次被覆のヤング率は７００ＭＰａ以上であるのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、一次被覆のin situ弾性率は０.３ＭＰａ以下であり、二次被覆のヤング率は９００ＭＰａ以上であってもよい。
（４）本実施形態の一態様として、コアは実質的にＧｅＯ２を含まず、コアに含まれる遷移金属不純物の濃度が１mol ppb以下であり、当該光ファイバが波長１５５０ｎｍにおいて０.１７ｄＢ／ｋｍより低い伝送損失を有してもよい。なお、本明細書において、「実質的にＧｅＯ２を含まず」とは、ＧｅＯ２の濃度が０．２ｗｔ％未満（比屈折率差の増加が０．０１％未満）であることを意味する。
（５）本実施形態の一態様として、当該光ファイバの断面上において、クラッドの外径は１２４μｍ以上１２６μｍ以下であり、一次被覆の外径は１５６μｍ以上１８０μｍ以下であり、一次被覆の厚さは二次被覆の厚さより厚いのが好ましい。
（６）本実施形態の一態様として、クラッドは、コアに隣接した状態でファイバ軸に沿って延びる内側クラッドと、該内側クラッドを包囲した状態で前記ファイバ軸に沿って延びる外側クラッドと、を含んでもよい。この場合、外側クラッドはコアより低い屈折率を有し、内側クラッドは外側クラッドより低い屈折率を有するのが好ましい。
（７） 本実施形態の一態様として、二次被覆のガラス転移温度（glass-transmission temperature）Ｔｇは、６０℃〜９０℃であるのが好ましい。この場合、一次被覆として、−６０℃〜−４０℃のＴｇを有する紫外線硬化性樹脂が適用された構成において特に効果的である。すなわち、−６０℃〜−４０℃のＴｇを有する一次被覆が９０℃を超えるＴｇを有する二次被覆で覆われた被覆構造では、被覆間におけるＴｇの差が大きくなるため、当該被覆構造内の残留応力が大きくなる。このような被覆構造を有する光ファイバが低温環境下に敷設されると、当該被覆構造中において気泡が発生し易くなる。一方、−６０℃〜−４０℃のＴｇを有する一次被覆が６０℃よりも低いＴｇを有する二次被覆で覆われる被覆構造では、このような被覆構造を有する光ファイバが高温環境下に敷設されると、当該被覆構造におけるヤング率の低下が引き起こされる。すなわち、光ファイバの側圧特性が悪化する。
以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図１は、本実施形態の光ファイバ１の断面構造を示す図であり、図１に示された断面は、当該光ファイバ１の中心軸に相当するファイバ軸ＡＸに直交する当該光ファイバ１の断面を示す。光ファイバ１は、ファイバ軸ＡＸに沿ってそれぞれ延びるコア１０、クラッド２０、一次被覆３０、および二次被覆４０を備える。なお、後述するが、コア１０は、それぞれが異なる屈折率を有する複数のガラス領域、例えば内側コア１０Ａ、外側コア１０Ｂにより構成されてもよい。同様に、クラッド２０も、それぞれが異なる屈折率を有する複数のガラス領域、例えば内側クラッド２０Ａ、外側クラッド２０Ｂにより構成されてもよい。
コア１０およびクラッド２０はシリカガラスからなる。クラッド２０は、ファイバ軸ＡＸに沿ってコア１０の外周面を包囲しており、該コア１０より低い屈折率を有する。クラッド２０の外径は８０μｍ以上１３０μｍ以下である。一次被覆３０および二次被覆４０は紫外線硬化性樹脂からなる。一次被覆３０は、ファイバ軸ＡＸに沿ってクラッド２０の外周面を包囲している。二次被覆４０は、ファイバ軸ＡＸに沿って一次被覆３０の外周面を包囲しており、一次被覆３０より高い弾性を有する。二次被覆４０の外径は１８０μｍ以上２１０μｍ以下である。外径が１８０μｍより小さい場合はマイクロベンドロスを低減するのに十分な被覆径を得ることができない。一方、外径が２１０μｍより大きい場合は通常の光ファイバ径２５０μｍに対して同径のケーブルへの収容数が１．５倍以下となるため、細径化の効果が得られない。
波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ１のＭＦＤは１０μｍ以上である。光ファイバ１のケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍより長い。波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ１のマイクロベンドロスは０.６ｄＢ／ｋｍ以下である。
マイクロベンドロスは、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験により測定される（非特許文献１参照）。この測定方法では、まず、メッシュボビンが用意される。メッシュボビンは、胴径４０５ｍｍの金属ボビンと、該金属ボビンにまかれた金属メッシュで構成される。金属メッシュは、直径５０μｍの金属製ワイヤを１５０μｍの間隔で編み込むことにより得られる。このような構造を有するメッシュボビンを利用して張力８０ｇでの伝送損失と、張力フリー状態での伝送損失が測定され、それらの差からマイクロベンドロスが求められる。なお、張力８０ｇでの伝送損失は、メッシュボビンに測定対象の光ファイバを張力８０ｇで巻き付けた状態で測定された伝送損失である。また、張力フリー状態での伝送寝室は、測定対象の光ファイバを該メッシュボビンから外して張力フリーの状態で測定された伝送損失である。この測定方法は、光ファイバのマイクロベンドロスの評価方法として広く用いられている。なお、メッシュボビンの形状や巻き付け張力が上記の典型値と異なる場合は、上記の典型値におけるマイクロベンドロスに読み替えて解釈するものとする。
本実施形態に係る光ファイバ１では、二次被覆４０の外径が２１０μｍ以下（典型的には２００±１０μｍ）である。これにより、従来の典型である被覆外径が２５０±１０μｍの光ファイバに比べて空間密度を１.５倍に高めることができる。したがって、本実施形態によれば、海底ケーブルや地下管路などの限られた空間において、伝送できる情報量の増加が可能になる。
更に、光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおいて１０μｍ以上（より好ましくは１１μｍ以上、更に好ましくは１１.５μｍ以上）のＭＦＤを有することにより、非線形性が低減される。そのため、本実施形態によれば、長距離伝送における光ファイバ１本あたりの伝送容量の増加が可能になる。しかしながら、ＭＦＤが１３μｍ以上の場合、汎用シングルモードファイバとの接続においてＭＦＤのミスマッチによる接続損失が大きくなることが予想される。
一方、光ファイバ１は、先行技術に比べてＭＦＤが大きいことと、二次被覆４０の外径が小さいことにより、光ケーブル中など使用環境においてマイクロベンドロスが大きくなり得る。しかしながら、光ファイバ１では、ケーブルカットオフ波長を１２６０ｎｍより長くすることで、マイクロベンドロスが低減される。
光ファイバ１のマイクロベンドロスは、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験における波長１５５０ｎｍでの値が０.６ｄＢ／ｋｍ以下である。これにより、多くの典型的な光ケーブルへの実装が可能となる。
光ファイバ１は、図２に示されたように任意の屈折率プロファイル（タイプＡ〜タイプＪの屈折率プロファイル）を有していてもよいが、Ｗ型と呼ばれる屈折率プロファイルを有するのが好適である。図２に示されたタイプＥ、タイプＧ、タイプＨ、タイプＩ、およびタイプＪのようなＷ型の屈折率プロファイルの場合、クラッド２０は、コア１０に隣接してファイバ軸に沿って延びる内側クラッド２０Ａと、この内側クラッド２０Ａの外周面を包囲した状態でファイバ軸ＡＸに沿って延びる外側クラッド２０Ｂと、を含む。外側クラッド２０Ｂはコア１０より低い屈折率を有し、内側クラッド２０Ａは外側クラッド２０Ｂより低い屈折率を有する。このようなＷ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバは、ＭＦＤを大きくし、ケーブルカットオフ波長を長くすることができ、また、マイクロベンドロスを低減することができる。
なお、図２に示されたタイプＡ〜タイプＪの屈折率プロファイルは、図１中の線Ｌ（ファイバ軸ＡＸに直交する線）上におけるガラス領域（コア１０およびクラッド２０により構成された領域）の各部の屈折率である。クラッド２０は、タイプＡ〜タイプＤおよびタイプＦのように、単一のクラッド領域で構成されてもよく、また、タイプＥおよびタイプＧ〜タイプＪのように、それぞれ屈折率が異なる内側クラッド２０Ａおよび外側クラッド２０Ｂで構成されてもよい。また、クラッド２０、またはクラッド２０を構成する複数領域の屈折率は、タイプＨ〜タイプＪに示されたように、コア中心（ファイバ軸ＡＸと交差する位置）から半径方向に向かって変化するような形状の屈折率プロファイルを有してもよい。
内側クラッド２０Ａと外側クラッド２０Ｂとの屈折率差は、０.０４％以上（より好ましくは０.０８％以上）である。この構成により基底モードに比べて高次モードの曲げ損失が増大するため、シングルモード動作および低いマクロベンドロスの両立が可能になる。コア１０の外径は、１０〜２０μｍであることが好ましい。内側クラッド２０Ａの外径は、コア１０の外径の２.５〜４.０倍であることが好ましい。内側クラッド２０Ａの外径が小さすぎても大きすぎても実質的に１層クラッドとなってマクロベンドロスの低減効果が薄れてしまうので、上記の範囲が好適である。
また、光ファイバ１のコア１０は、タイプＡ、タイプＥ、タイプＩのように、単一のコア領域で構成されてもよく、また、タイプＢ、タイプＣ、タイプＦ、タイプＧ、タイプＨ、タイプＪのように、それぞれ屈折率が異なる内側コア１０Ａ（中心コア）および外側コア１０Ｂ（リングコア）で構成されてもよい。また、コア１０は、単一コア領域で構成された場合であっても、タイプＤのように、コア中心から半径方向に向かって急激に屈折率が減少するような形状のα乗屈折率プロファイルを有してもよい。例えば、リング型屈折率プロファイルの場合、コア１０は、内側コア１０Ａと、該内側コア１０Ａを包囲した状態で該内側コア１０Ａより高い屈折率を有する外側コア１０Ｂで構成される。逆に、コア１０は、内側コア１０Ａと、該内側コア１０Ａを包囲した状態で該内側コア１０Ａより低い屈折率を有する外側コア１０Ｂで構成されてもよい。このように、クラッド２０の層構造を増やしたり、その層の中の屈折率に傾斜を付けたり、トレンチ構造を設けたりすることで、更に低いマイクロベンドロスなどの好ましい光学特性が実現可能になる。そのような構造の例がタイプ別に図２に示されている。
本実施形態に係る光ファイバ１は、２００μｍ以下の細い外径と、低いマイクロベンドロスを有するため、ケーブル内の芯数を増加できる。したがって、光ファイバ１は、長距離で大容量の伝送に好適に用いられ得る。より好適な光ファイバ１の構成は以下のとおりである。
弾性率が相対的に低い一次被覆３０の厚さを１５μｍ以上とすることで、被覆全体での側圧の遮蔽効果が高まる。その結果、マイクロベンドロスが低減される。一方で、弾性率が相対的に高い二次被覆４０の厚さを１０μｍ以上とすることで、側圧が加わったときに被覆が過度に変形して破壊が生じることを防ぐことができる。したがって、一次被覆３０および二次被覆４０の厚さの下限を上記の値とすることで、側圧が加えられる使用環境下に当該光ファイバ１が配置された場合であっても、マイクロベンドロスの低減と当該光ファイバ１の被覆破壊の防止が可能になる。なお、一次被覆の最大厚みは５０μｍ以下、二次被覆の最大厚みは４０μｍ以下であればよい。
図３は、マイクロベンドロスとガラス外径との関係を示すグラフである。なお、図３のグラフには、光ファイバ外径（二次被覆４０の外径）を２００μｍに固定した状態で、ガラス外径を変化させたときの測定値がプロットされている。二次被覆４０の厚みは１５μｍであり、一次被覆３０のin situ弾性率は０.３ＭＰａであり、二次被覆４０のヤング率は１０００ＭＰａであった。
なお、in situ弾性率は、樹脂温度２３℃でPullout Modulus試験によって測定される。具体的には、光ファイバサンプルの一方の端部において樹脂被覆層にカミソリ等で切れ目を入れて該樹脂被覆層の一部を切り離し、裸光ファイバ（bared optical fiber）を露出させる。光ファイバサンプルの他方の端部側の樹脂被覆層を固定した状態で、反対側の裸光ファイバの露出部分を引っ張ることで樹脂被覆層を構成する一次被覆を弾性変形させる。一次被覆が弾性変形する量と、裸光ファイバを引っ張った力と、一次被覆の厚さとから、一次被覆のin situ弾性率が得られる。試験方法は例えば特許文献３に例示されている。ここに本明細書の一部を構成する開示として特許文献３の内容を援用する。他の方法によってin situ弾性率を測定した場合は上記の方法によって得られる値に読替えて用いることができる。
図３に示されたように、ガラス外径が８０μｍ未満ではマイクロベンドロスの急激な増加が発生する。これに対し、ガラス外径が８０μｍ以上ではマイクロベンドロスは０.６ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することができた。なお、ガラス外径が１００μｍより大きい範囲では、マイクロベンドロスが０.１ｄＢ／ｋｍ以下となり、マイクロベンドロスが小さく測定限界以下となった。ガラス外径が１３０μｍより大きい場合は、ファイバの曲げ応力に対する破断強度が低下する。
図４は、マイクロベンドロスと一次被覆厚みとの関係を示すグラフである。なお、ガラス外径を８０μｍとし、二次被覆４０の厚みは８μｍ，９μｍ，１０μｍ，１３μｍ，１５μｍの各値とした。図４中、記号「◇」は二次被覆４０の厚みが８μｍのサンプルの測定値、記号「□」は二次被覆４０の厚みが９μｍのサンプルの測定値、記号「△」は二次被覆４０の厚みが１０μｍのサンプルの測定値、記号「×」は二次被覆４０の厚みが１３μｍのサンプルの測定値、記号「○」は二次被覆４０の厚みが１５μｍのサンプルの測定値である。図４に示されたように、二次被覆４０が１０μｍより薄い場合は、一次被覆３０を３０μｍまで厚くしたとしても、０.６ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンドロスが得られない。ただし、一次被覆３０の厚みを５０μｍ以上とした場合、二次被覆４０の外径２００μｍのサンプルにおいて二次被覆４０の最低厚み１０μｍ以上を確保できなくなる。一次被覆３０を過度に厚くすると、被覆が変形して破壊されやすくなる問題が生じる。一方、二次被覆４０が１０μｍより厚い場合は、良好なマイクロベンド特性が得られる一次被覆３０の厚さが存在する。一次被覆３０が１５μｍより厚い場合に０.６ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンドロスを達成することが可能である。このとき、二次被覆４０が１０μｍより厚い場合は、そのマイクロベンド特性に大きな影響は無い。ただし、二次被覆４０の厚みを４５μｍ以上とすると、二次被覆４０の外径２００μｍのサンプルにおいて一次被覆３０の最低厚み１５μｍ以上が確保できなくなる。
また、光ファイバ１において、クラッド２０の外径は１２４μｍ以上１２６μｍ以下であるのが好適あり、一次被覆３０の外径は１５６μｍ以上１８０μｍ以下であるのが好適あり、一次被覆３０の厚さは二次被覆４０の厚さより厚いのが好適である。
クラッド２０の外径が１２５μｍであって二次被覆４０の外径が２００μｍである構成では、一次被覆３０の外径が１５５μｍより小さいと、一次被覆３０の厚さが１５μｍ以下となる。この場合、被覆ヤング率を調整しても、メッシュボビン試験で生じるマイクロベンドロスを０.６ｄＢ／ｋｍ以下にすることができなかった。一次被覆３０が厚い方が側圧ロスを低減できるが、一次被覆３０の外径を１８０μｍ以上とすると、二次被覆４０の厚みが１０μｍ以下となる。この構成では、被覆の除去性や引張強度が低下した。
一方、一次被覆３０の厚みは二次被覆４０より厚い方が、メッシュボビン試験で生じるマイクロベンドロスが下がる傾向にあることから、一次被覆３０の径は１５５μｍより大きいことがより望ましい。図５は、ガラス径（被覆層を含まない裸光ファイバの外径）が１２５μｍである場合に一次被覆径および二次被覆径に対するマイクロベンドロスの傾向を示す表である。なお、一次被覆３０のin situ弾性率は０.３ＭＰａであり、二次被覆４０のヤング率は１０００ＭＰａであった。被覆の除去性については、一次被覆３０の外径が１５５μｍより小さい場合、被覆の除去性が悪化して、除去後のガラスに被覆の付着がみられた。
また、光ファイバ１において、コア１０が実質的にＧｅＯ２を含まないのが好適であり、コア１０の遷移金属不純物の濃度がゼロまたは１mol ppb以下であるのが好適であり、波長１５５０ｎｍでの伝送損失の典型値は０．１４から０.１７ｄＢ／ｋｍが好適である。
コア１０がＧｅＯ２を実質的に含まないことにより、ＧｅＯ２由来の散乱損失が低減できることから、波長１５５０ｎｍでの伝送損失を低減することができる。伝送損失が低減されることにより、光増幅器を用いた長距離大容量伝送において、光増幅のゲインおよび回数が低減される。本実施形態の光ファイバはケーブル内に充填する本数を増大させることでケーブルの伝送容量を高める効果があるが、その場合に光増幅の消費電力が問題となる。伝送損失を低減して、光増幅のゲインおよび増幅回数を低減することにより、消費電力の増大を抑えて大容量伝送を実現することができる。
また、コア１０がＧｅＯ２を実質的に含まないことにより低減される散乱損失は、レーリー散乱損失と呼ばれ、波長が短い程ロスの増加が大きい成分が主成分である。そのため、ＧｅＯ２を実質的に含まないコア１０が適用された光ファイバでは、短波長のロスをより低減することができる。短波長の伝送損失の低減は、長距離かつ大容量の伝送において使用されるラマン増幅と呼ばれる増幅技術においても有利となる。一般的に、ラマン増幅では通信波長より短波長の１４５０ｎｍ付近の励起光が使用される。そのため、短波長のロスを下げることは長距離かつ大容量の伝送において有利となる。コア１０にＧｅＯ２を実質的に含まない光ファイバにおいては、１４５０ｎｍの伝送損失を０.２ｄＢ／ｋｍ以下に低減され得る。
コア１０は、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａなどアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を０.１ppm以上３００ppm未満の濃度で含んでいてもよい。これにより、光ファイバ１の伝送損失を低減することができる。
また、光ファイバ１において、一次被覆３０のin situ弾性率は０.７ＭＰａ以下であるのが好適であり、二次被覆４０のヤング率は７００ＭＰａ以上であるのが好適である。更に、一次被覆３０のin situ弾性率は０．１ＭＰａ以上０.３ＭＰａ以下であるのが好適あり、二次被覆４０のヤング率は９００ＭＰａ以上であるのが好適である。なお、当該光ファイバ１が設置される環境の温度変化響を考慮すれば、一次被覆３０として、−６０℃〜−４０℃のガラス転移温度Ｔｇを有する紫外線硬化性樹脂が適用された樹脂構造においては、二次被覆４０のＴｇは、６０℃〜９０℃であるのが好ましい。
一次被覆３０のin situ弾性率とマイクロベンドロスとの間には相関がある。すなわち、一次被覆３０のin situ弾性率を下げた場合、側圧印加に起因して一次被覆３０が変形する。これにより、ガラスが曲がることにより発生するマイクロベンドロスの増加が効果的に抑制され得るからである。実効断面積（Ａeff）とマイクロベンドロスとの間にも相関がある。図６は、一次被覆のin situ弾性率とマイクロベンドロスが０.６ｄＢ／ｋｍ以下となる上限のＡeffとの関係を示す表である。ここでは、ガラス径を１２５μｍとし、一次被覆３０の径を１６５μｍとし、二次被覆４０の径を１８０μｍとし、二次被覆４０のヤング率を１０００ＭＰａとした。
例えば、一次被覆３０のin situ弾性率が０.７ＭＰａより低い場合、汎用シングルモードファイバ相当の８０μｍ２までＡeffは拡大可能になる。被覆径を大きくした場合はマイクロベンドロスに強くなる方向であるので、上記上限Ａeffを満たせばマイクロベンドロスが０.６ｄＢ／ｋｍ以下となると考えられる。なお、in situ弾性率は０．０５ＭＰａ以上がよい。in situ弾性率が０．０５ＭＰａより低い場合、外力が加わった時に被覆が裂けて気泡が発生し易くなると考えられる。
二次被覆４０のヤング率は大きい方がマイクロベンドロスを低減することができる。しかしながら、二次被覆４０のヤング率が１２００ＭＰａより大きい状態において、光ファイバが側圧により押し潰された場合に一次被覆３０に生じた大きな応力により空隙が生じる。さらにヒートサイクルによって一次被覆３０に生じた空隙が拡大すると、ガラスに曲がりが生じてマイクロベンドロスが生じる場合がある。そのため、二次被覆４０のヤング率を１２００ＭＰａ以下に抑えることで高い製造性を実現することができる。
一次被覆３０についても耐側圧特性を持たせるために、一次被覆３０のヤング率を低下させる必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、オリゴマー分子量を大きくすることで光ファイバの一次被覆のヤング率を低下させる必要がある。ただし、その場合、強靭性が低下して引張により不可逆的な樹脂中の高分子鎖の破断が発生する。高分子鎖の破断が蓄積することでボイドが発生するという問題が生じる。そして、ボイドがあると低温での伝送損失が悪化する。
そこで、一次被覆３０は、オリゴマー、モノマー及び反応開始剤を含有する硬化性樹脂組成物を硬化させることにより形成されるのが好ましい。また、一次被覆の３０のin situ弾性率は、該一次被覆３０の樹脂原料中に片末端非反応性オリゴマーや両末端を非反応性としたオリゴマーを全オリゴマー量に対して３０質量％以上含有する方法で低減されればよい。
本実施形態に係る光ファイバ１は、以下のような構成を有するのが更に好ましい。すなわち、当該光ファイバ１の実効断面積（Ａeff）は、８０μｍ２以上、より好ましくは１１０μｍ２以上、さらに好ましくは１３０μｍ２以上であることが好ましい。従来技術において、８０μｍ２、１１０μｍ２、１３０μｍ２のＡeffを有する光ファイバを用いた長距離伝送が既に多く敷設されている。そのため、これらと互換性の有るＡeffを有することにより、相互接続やシステム設計の再利用が可能になり、ネットワークの運用コストを低減することが可能になる。
また、当該光ファイバ１のケーブルカットオフ波長は１５３０ｎｍより短いことが望ましい。これにより、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped optical Fiber Amplifier）の増幅波長帯１５３０ｎｍ〜１６２５ｎｍにおいて、信号光をコアに伝搬させた際の高次モード雑音を抑制することが可能になる。
また、本実施形態に係る光ファイバ１は、コアにＧｅＯ２を実質的に含まず、かつ、コアのα乗パラメータを１０よりも大きくすることで導波路分散の影響を低減することで、波長１５５０ｎｍにおいて＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きな波長分散を有することが好ましい。細径の光ファイバでは、標準的な光ファイバに比べてマイクロベンドロスが生じやすい。そのため、実効断面積の拡大が制限（非線形雑音がより生じやすくなる）されるが、波長分散を＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きくすることで非線形雑音を低減することが可能になる。
本実施形態に係る光ファイバ１は、コアにＧｅＯ２を実質的に含まず、Ｆを含むことで、波長１５５０ｎｍにおいて１.４６４より小さな群屈折率を有することが好ましい。細径の光ファイバは、標準的な光ファイバに比べて柔軟であるので、光ケーブル内で蛇行し易く（ケーブル単位長当たりの物理的な光路長が長くなり易い）、光信号伝送の遅延（レイテンシ）が大きくなる問題が生じ得る。しかしながら、群屈折率を１.４６４より低く抑えることでレイテンシの影響を低減することが可能になる。
更に、本実施形態に係る光ファイバ１の被覆は、ファイバ軸に沿って間欠的に配置され肉眼で視認可能な色を有する識別部を有することが望ましい。細径の光ファイバは、標準的な光ファイバに比べて、視認するのが難しく、さらに光ファイバ被覆に付与された色を識別することがより困難になる。この場合、光ケーブルを敷設する際の接続作業において作業性が低下する。しかしながら、ファイバ軸ＡＸに沿って当該光ファイバ１に間欠的な識別部を設けることにより、高い視認性が得られ、接続作業を容易に行なうことが可能になる。
１…光ファイバ、１０…コア、１０Ａ…内側コア、１０Ｂ…外側コア、２０…クラッド、２０Ａ…内側クラッド、２０Ｂ…外側クラッド、３０…一次被覆、４０…二次被覆。
マイクロベンドロスは、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験により測定される（非特許文献１参照）。この測定方法では、まず、メッシュボビンが用意される。メッシュボビンは、胴径４０５ｍｍの金属ボビンと、該金属ボビンにまかれた金属メッシュで構成される。金属メッシュは、直径５０μｍの金属製ワイヤを１５０μｍの間隔で編み込むことにより得られる。このような構造を有するメッシュボビンを利用して張力８０ｇでの伝送損失と、張力フリー状態での伝送損失が測定され、それらの差からマイクロベンドロスが求められる。なお、張力８０ｇでの伝送損失は、メッシュボビンに測定対象の光ファイバを張力８０ｇで巻き付けた状態で測定された伝送損失である。また、張力フリー状態での伝送損失は、測定対象の光ファイバを該メッシュボビンから外して張力フリーの状態で測定された伝送損失である。この測定方法は、光ファイバのマイクロベンドロスの評価方法として広く用いられている。なお、メッシュボビンの形状や巻き付け張力が上記の典型値と異なる場合は、上記の典型値におけるマイクロベンドロスに読み替えて解釈するものとする。
内側クラッド２０Ａと外側クラッド２０Ｂとの屈折率差は、０.０４％以上（より好ましくは０.０８％以上）である。この構成により基底モードに比べて高次モードの曲げ損失が増大するため、シングルモード動作および低いマイクロベンドロスの両立が可能になる。コア１０の外径は、１０〜２０μｍであることが好ましい。内側クラッド２０Ａの外径は、コア１０の外径の２.５〜４.０倍であることが好ましい。内側クラッド２０Ａの外径が小さすぎても大きすぎても実質的に１層クラッドとなってマイクロベンドロスの低減効果が薄れてしまうので、上記の範囲が好適である。

Claims (8)

  1. ファイバ軸に沿って延びた、シリカガラスからなるコアと、
    前記コアを包囲した状態で前記ファイバ軸に沿って延びた、シリカガラスからなるクラッドであって、前記コアより低い屈折率を有するとともに、前記ファイバ軸に直交する断面上において８０μｍ以上１３０μｍ以下の外径を有するクラッドと、
    前記クラッドを包囲した状態で前記ファイバ軸に沿って延びた、紫外線硬化性樹脂からなる一次被覆と、
    前記一次被覆を包囲した状態で前記ファイバ軸に沿って延びた、前記一次被覆より高い弾性を有する紫外線硬化性樹脂からなる二次被覆であって、前記断面上において１８０μｍ以上２１０μｍ以下の外径を有る二次被覆と、
    を備え、
    波長１５５０ｎｍにおいて１０μｍ以上１３μｍ以下のモードフィールド径と、
    １２６０ｎｍより長いケーブルカットオフ波長と、
    波長１５５０ｎｍにおいて０.６ｄＢ／ｋｍ以下のマイクロベンドロスであって、IEC TR62221に規定されるメッシュボビン試験により測定されるマイクロベンドロスを有する、
    光ファイバ。
  2. 前記断面上において前前記一次被覆の厚さが１５μｍ以上５０μｍ以下であり、
    前記断面上において前記二次被覆の厚さが１０μｍ以上４０μｍ以下である、
    請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記一次被覆のin situ弾性率が０．０５ＭＰａ以上０.７ＭＰａ以下であり、
    前記二次被覆のヤング率が７００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下である、
    請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 前記一次被覆のin situ弾性率が０．１ＭＰａ以上０.３ＭＰａ以下であり、
    前記二次被覆のヤング率が９００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下である、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の光ファイバ。
  5. 前記コアが実質的にＧｅＯ２を含まず、
    前記コアに含まれる遷移金属不純物の濃度がゼロまたは１mol ppb以下であり、
    当該光ファイバが波長１５５０ｎｍにおいて０.１７ｄＢ／ｋｍより低い伝送損失を有する、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の光ファイバ。
  6. 前記断面上において前記クラッドの外径が１２４μｍ以上１２６μｍ以下であり、
    前記断面上において前記一次被覆の外径が１５６μｍ以上１８０μｍ以下であり、
    前記断面上において前記一次被覆の厚さが前記二次被覆の厚さより厚い、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の光ファイバ。
  7. 前記クラッドが、前記コアに隣接した状態で前記ファイバ軸に沿って延びる内側クラッドと、前記内側クラッドを包囲した状態で前記ファイバ軸に沿って延びる外側クラッドと、を含み、
    前記外側クラッドが前記コアより低い屈折率を有し、
    前記内側クラッドが前記外側クラッドより低い屈折率を有する、
    請求項１〜６の何れか一項に記載の光ファイバ。
  8. 前記二次被覆のガラス転移温度Ｔｇが６０℃〜９０℃である、請求項１〜７の何れか一項に記載の光ファイバ。
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