WO2020162406A1 - 光ファイバ - Google Patents

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武笠　和則
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古河電気工業株式会社
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    • G02B6/02228—Dispersion flattened fibres, i.e. having a low dispersion variation over an extended wavelength range
    • G02B6/02238—Low dispersion slope fibres

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber.
  • the relative refractive index difference of the core part should be set within an optimum range, that is, the relative refractive index difference of the core part should be within the range where transmission loss can be suppressed when the optical fiber cable is used. It is extremely important to set the parameter indicating
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical fiber that suppresses transmission loss sufficiently low even if the mode field diameter is expanded.
  • an optical fiber according to an aspect of the present invention is a core portion made of glass, and is located on the outer periphery of the core portion, and is lower than the refractive index of the core portion.
  • the fiber diameter including the coating portion is 220 ⁇ m or less, the effective cutoff wavelength is longer than 1260 nm and shorter than 1530 nm, and the mode field diameter of light of 1550 nm is 9 ⁇ m or more.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the leakage loss of 1625 nm light is 0.1 dB/km or less.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the coating portion has a two-layer coating of a primary coating layer and a secondary coating layer, and the thickness of the primary coating layer is 10 ⁇ m or more.
  • the optical fiber according to an aspect of the present invention is characterized in that the coating portion has a two-layer coating including a primary coating layer and a secondary coating layer, and the thickness of the secondary coating layer is 10 ⁇ m or more.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the glass diameter including the core portion and the cladding portion is 80 ⁇ m or more and 180 ⁇ m or less.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the microbend loss is a value measured by a polishing paper method.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized by having a step-type refractive index profile.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized by having a W-shaped refractive index profile.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized by having a trench type refractive index profile.
  • the optical fiber according to one aspect of the present invention is characterized in that the dispersion of light at 1550 nm is 23 ps/nm/km or less.
  • the present invention even if the mode field diameter is expanded, it is possible to suppress the transmission loss sufficiently low.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic diagram of a step-type refractive index profile that can be used in the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic diagram of a W-shaped refractive index profile that can be used in the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 2C is a schematic diagram of a trench type refractive index profile that can be used in the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the MFD or the limit fiber diameter.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the leakage loss of 1625 nm light of an MFD magnifying fiber and the transmission loss of 1550 nm when wound around a bobbin.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the primary thickness and the normalized microbend loss.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the secondary thickness and the normalized microbend loss.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the microbend loss in the step type, W type, and trench type.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the leakage loss of 1625 nm light in the step type and the trench type.
  • the cut-off wavelength means ITU-T G.264.
  • the cable cutoff wavelength defined by 650.1.
  • other terms not specifically defined in this specification are described in G. 650.1 and G.I.
  • the definition and measurement method in 650.2 shall be followed.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical fiber according to an embodiment.
  • the optical fiber 1 includes a core portion 1a located substantially at the center, a cladding portion 1b that covers the outer periphery of the core portion 1a, and a coating portion 1c that covers the outer periphery of the cladding portion 1b.
  • a single mode optical fiber conforming to the 652 standard will be described as a standard optical fiber (standard SMF).
  • the standard SMF usually has a resin coating portion having a thickness of about 62.5 ⁇ m on the outer periphery of the clad portion. Therefore, the outer diameter of the resin coating portion is about 250 ⁇ m.
  • the optimum setting will be described assuming that the fiber diameter including the coating portion 1c such as the resin coating portion is 220 ⁇ m or less.
  • glass diameter refers to the diameter of the glass portion (core portion 1a and cladding portion 1b) shown in cross section in FIG. In order to distinguish the “fiber diameter” from the “glass diameter”, the “fiber diameter” refers to the diameter of the cross section shown in FIG. 1, that is, the outer diameter of the optical fiber 1 including the coating portion 1c.
  • the optical fiber 1 has the refractive index profile shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, for example. 2A, 2B, and 2C all show the refractive index profile in the radial direction from the central axis of the core portion 1a of the optical fiber 1.
  • FIG. 2A shows a step type refractive index profile.
  • the profile P11 shows the refractive index profile of the core part 1a which is a center core
  • the profile P12 shows the refractive index profile of the clad part 1b.
  • the refractive index profile is indicated by the relative refractive index difference ( ⁇ ) with respect to the cladding portion 1b.
  • the diameter of the core portion 1a is 2a
  • the relative refractive index difference of the core portion 1a with respect to the cladding portion 1b is ⁇ 1.
  • FIG. 2B shows a W-shaped refractive index profile.
  • profile P21 shows the refractive index profile of the core part 1a
  • profile P22 shows the refractive index profile of the clad part 1b.
  • the core portion 1a surrounds the center core having a diameter of 2a and the outer periphery of the center core. It is composed of layers and.
  • the relative refractive index difference of the center core with respect to the clad portion 1b is ⁇ 1.
  • the relative refractive index difference of the depressed layer with respect to the clad portion 1b is ⁇ 2.
  • FIG. 2C shows a trench type refractive index profile.
  • profile P31 shows the refractive index profile of the core part 1a
  • profile P32 shows the refractive index profile of the clad part 1b.
  • the core portion 1a surrounds the center core having a diameter of 2a and the outer periphery of the center core.
  • the relative refractive index difference of the center core with respect to the intermediate layer is ⁇ 1.
  • the relative refractive index difference of the intermediate layer with respect to the clad portion 1b is ⁇ 2.
  • ⁇ 2 is usually set to 0% or in the vicinity thereof, for example, in the range of ⁇ 0.2% to 0.2%.
  • the relative refractive index difference of the trench layer with respect to the clad portion 1b is ⁇ 3.
  • the coating portion 1c is made of, for example, resin and has a function of protecting the glass portion of the optical fiber 1.
  • the coating portion 1c is a coating made of, for example, a UV curable resin or the like, and has a layer structure of one layer or two or more layers.
  • the coating portion 1c includes a primary coating layer located on the clad portion side and a secondary coating layer located on the outer peripheral side of the primary coating layer.
  • the UV curable resin used in the coating portion 1c include urethane acrylate-based, polybutadiene acrylate-based, epoxy acrylate-based, silicone acrylate-based, polyester acrylate-based, etc. Not limited.
  • the present inventors conducted the following study in order to realize a small diameter optical fiber that suppresses the influence of microbend loss due to MFD expansion.
  • leakage loss is small.
  • the leakage loss is preferably suppressed to 0.1 dB/km or less at a wavelength of 1625 nm (that is, light of 1625 nm), for example. It is more preferable that the wavelength is suppressed to 0.01 dB/km or less at 1625 nm. Also, it is preferable that the bending loss at a wavelength of 1625 nm when wound with a radius of 30 mm is 2 dB/100 turn or less.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the MFD or the limit fiber diameter based on the above calculation result.
  • the center core ⁇ means a relative refractive index difference ⁇ 1 of the center core.
  • data points are indicated by white squares or black diamonds. The contours of the individual data points of the overlapping data points are not shown.
  • FIG. 3 shows the simulation calculation results in the range where the effective cutoff wavelength is 1260 nm to 1550 nm, the dispersion at 1550 nm is 23 ps/nm/km or less, and the dispersion slope is 0.07 ps/nm 2 /km or less. ing.
  • the fiber diameter is preferably fiber glass diameter+40 ⁇ m or more. Is preferably 180 ⁇ m or less. In this case, it is understood from FIG. 3 that the center core ⁇ is preferably 0.1% or more, although there is a variation depending on the profile.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the 1625 nm leakage loss of the MFD expanded fiber and the 1550 nm transmission loss in the bobbin state. It can be seen from FIG. 4 that the leakage loss is suppressed to 0.1 dB/km or less with 1625 nm light. It is more preferable to select a profile in which the transmission loss of light of 1550 nm is 0.22 dB/km or less, because the leakage loss of 1625 nm light is suppressed to 0.01 dB/km or less.
  • microbend loss by the abrasive paper method (extension drum method or fixed diameter drum method) or wire mesh method.
  • extension drum method or fixed diameter drum method for example, it is desirable to measure by the method described in JIS C6823:2010_10.
  • other microbend measurement methods for example, oblique winding method may be applied as long as they do not violate the intention of the invention.
  • the primary thickness is the thickness of the primary coating layer.
  • the primary thickness is calculated by (primary diameter (diameter)-glass diameter (diameter))/2.
  • the primary diameter is the diameter of the cross section of the optical fiber up to the primary layer.
  • the secondary thickness is the thickness of the secondary coating layer.
  • the secondary thickness is calculated by (secondary diameter (diameter)-primary diameter (diameter))/2.
  • the secondary diameter corresponds to the fiber diameter.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the primary thickness and the normalized microbend loss.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the secondary thickness and the normalized microbend loss. From FIG. 5 and FIG. 6, the microbend loss with respect to the secondary thickness has a larger variation than the change of the microbend loss with respect to the primary thickness, but the MFD at 1550 nm is larger than 9 ⁇ m, and the cutoff wavelength is from 1260 to 1530 nm.
  • ITU-T G It has characteristics close to those of an optical fiber compliant with 654 (so-called cutoff shift fiber). This is a desirable characteristic for commercial application of a fiber having a cutoff wavelength longer than 1260 nm.
  • the MFD at a wavelength of 1550 nm is expanded to 9 ⁇ m or more, It is possible to sufficiently suppress the influence of the microbend loss. That is, even if the MFD is expanded, the transmission loss can be suppressed to a sufficiently low level.
  • Table 1 shows the optimum range of parameters in each profile obtained by simulation. Based on the values included in the optimum range of this table, a small-diameter fiber was prototyped and tested.
  • the top of the refractive index profile of the core 1a is not necessarily flat. It is preferable that the average value of the relative refractive index difference at the top is 0.10% to 0.50% within the range of the core diameter 2a in terms of manufacturing design in order to obtain desired characteristics.
  • a method in which the clad is doped with F and whose refractive index is lower than that of pure silica glass two types are prepared.
  • the microbend loss was measured by the drum method described in JIS C6823:2010_10. In the simulation, the leakage loss was selected to be 0.1 dB/km or less at 1625 nm, and it was confirmed that the leakage loss as the simulation was actually obtained.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the microbend loss in the step type, W type, and trench type.
  • FIG. 7 shows the results when good microbend loss characteristics were obtained. From this experimental result, it can be seen that the microbend loss changes in proportion to the center core ⁇ . It can be understood that the center core ⁇ is an important parameter for suppressing the microbend loss, although there are variations due to other parameters other than the profile. Therefore, from this result, even when the optical fiber has a small diameter of 220 ⁇ m or less, if the center core ⁇ is set to 0.10 to 0.50%, the G. It has been confirmed that the standardized microbend loss can be suppressed to 10 or less as compared with the conventional single mode optical fiber while obtaining good optical characteristics suitable for 654.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the center core ⁇ and the leakage loss of 1625 nm in the step type and the trench type.
  • an optical fiber having a glass diameter of 125 ⁇ m and a fiber diameter of 200 ⁇ m, and an optical fiber having a glass diameter of 300 ⁇ m and a fiber diameter of 500 ⁇ m were prototyped, and the transmission loss difference of 1625 nm between the two prototype optical fibers was defined as leakage loss. ..
  • the leakage loss changes in proportion to the center core ⁇ , which indicates that the leakage loss also has a close relationship with the center core ⁇ . It was also confirmed from FIG. 8 that if the center core ⁇ is set to 0.10 to 0.50%, the leakage loss at 1625 nm can be suppressed to 0.1 dB/km or less.
  • any of the refractive index profiles it is possible to obtain a higher relative refractive index difference or a lower relative refractive index difference by adjusting the core diameter.
  • the investigation was conducted at about 0.35% to 0.42%, which is relatively close to the conventional SMF.
  • the average value of the relative refractive index difference of the center core of the core portion 1a is 0.1 to 0.5%
  • the fiber diameter including the coating portion is It can be seen that the characteristics of 220 ⁇ m or less, the effective cutoff wavelength being longer than 1260 nm and shorter than 1530 nm, and the mode field diameter of light at 1550 nm being 9 ⁇ m or more are satisfied. Further, it is understood that all the optical fibers 1 in Examples 1 to 53 satisfy the characteristic that the transmission loss of light at 1550 nm is 0.22 dB/km or less.
  • the step type, the W type, and the trench type are exemplified as the refractive index profile, but other refractive index profiles such as a segment core type and a W+ side core type can also be applied.
  • optical fiber according to the present invention can be suitably used in the field of optical communication such as datacom and telecom.

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Abstract

モードフィールド径が拡大されても伝送損失を十分低く抑えることが可能な光ファイバを提供すること目的とする。光ファイバは、ガラスからなるコア部と、コア部の外周に位置し、コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスからなるクラッド部と、クラッド部の外周を覆うコーティング部と、を備え、コア部のセンタコアの比屈折率差の平均値が０．１～０．５％であり、コーティング部を含むファイバ径が２２０μｍ以下であり、実効カットオフ波長が１２６０ｎｍよりも長く１５３０ｎｍよりも短くかつ１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が９μｍ以上である。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関する。
　従来、データコムやテレコムの分野において、高密度光ファイバケーブルを実現する光ファイバとして、細径の光ファイバが注目されている。そこで、高密度化を実現するための細径ファイバの検討が盛んに行われてきた。
　例えば、特許文献１には、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５２やＧ．６５７に準拠するファイバ構造として、センタコアの隣に－０．０８％以上のトレンチ層を用いたＷ型のプロファイルのファイバ構造が提案されている。また、特許文献２には、細径化に重要と思われる二次被覆の厚みを２５μｍ以下としたファイバが提案されている。また、特許文献３には、ファイバ径（二次被覆の外径）を１８０μｍから２１０μｍとしたカットオフシフトファイバで、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が１０－１３μｍのものが提案されている。
国際公開第２０１６／１９０２９７号 特開平５－１９１４４号公報 国際公開第２０１８／１５９１４６号
　しかし、昨今では細径化に加えてＭＦＤ拡大のニーズも高い。従来、カットオフシフトファイバにおいて、ファイバ径を２５０μｍよりも細くする場合に、コア部の比屈折率差がどの範囲を狙って設定されるべきかを示す指針がない。このため、ＭＦＤ拡大のニーズに応じて、カットオフ波長を１２６０ｎｍよりも長波長にすることで１５５０ｎｍのＭＦＤを９μｍへ拡大しても、コア部の比屈折率差が適切に設定されていなければマイクロベンド損失の影響が顕著となり、光ファイバを光ファイバケーブルの状態にした場合に伝送損失が増大し、規定を満たさなくなる可能性もあり得る。このため伝送損失を抑えるために、コア部の比屈折率差を最適な範囲に設定すること、つまり光ファイバケーブルの状態にした場合の伝送損失が抑制可能な範囲にコア部の比屈折率差を示すパラメータを設定することが極めて重要になる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、モードフィールド径が拡大されても伝送損失を十分低く抑える光ファイバを提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバは、ガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスからなるクラッド部と、前記クラッド部の外周を覆うコーティング部と、を備え、前記コア部のセンタコアの比屈折率差の平均値が０．１～０．５％であり、前記コーティング部を含むファイバ径が２２０μｍ以下であり、実効カットオフ波長が１２６０ｎｍよりも長く１５３０ｎｍよりも短くかつ１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が９μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１５５０ｎｍの光の伝送損失が０．２２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１６２５ｎｍの光のリーケージ損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コーティング部はプライマリコーティング層とセカンダリコーティング層の２層被覆を有し、前記プライマリコーティング層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コーティング部はプライマリコーティング層とセカンダリコーティング層の２層被覆を有し、前記セカンダリコーティング層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部および前記クラッド部を含むガラス径の直径が８０μｍ以上かつ１８０μｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１５５０ｎｍの光のマイクロベンド損失が、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２で定義される規格に準拠する特性を有しかつ外径が１２５μｍのクラッド部の外周に外径が２５０μｍの樹脂コーティング部を有する標準光ファイバの１０倍以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、前記マイクロベンド損失は、研磨紙法にて測定した値であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、前記マイクロベンド損失は、ワイヤメッシュ法にて測定した値であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、ステップ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、Ｗ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、トレンチ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１５５０ｎｍの光の分散が２３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１５５０ｎｍの光の分散スロープが０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、半径３０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍの光の曲げ損失が２ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光ファイバは、１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が１５μｍ以下であることを特徴とする。
　本発明によれば、モードフィールド径が拡大されても伝送損失を十分低く抑えることが可能になるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２Ａは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるステップ型の屈折率プロファイルの模式図である。 図２Ｂは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるＷ型の屈折率プロファイルの模式図である。 図２Ｃは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるトレンチ型の屈折率プロファイルの模式図である。 図３は、センタコアΔと、ＭＦＤまたは限界ファイバ径との関係の一例を示す図である。 図４は、ＭＦＤ拡大ファイバの１６２５ｎｍの光のリーケージ損失とボビンに巻き付けた状態での１５５０ｎｍの伝送損失との関係の一例を示す図である。 図５は、プライマリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。 図６は、セカンダリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。 図７は、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型におけるセンタコアΔとマイクロベンド損失の関係との一例を示す図である。 図８は、ステップ型とトレンチ型とにおけるセンタコアΔと１６２５ｎｍの光のリーケージ損失との関係の一例を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
（実施形態）
　図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ１は、略中心に位置するコア部１ａと、コア部１ａの外周を覆うクラッド部１ｂと、クラッド部１ｂの外周を覆うコーティング部１ｃとを備えている。
　コア部１ａとクラッド部１ｂとは、いずれもガラスからなる。ガラスは石英系ガラスである。クラッド部１ｂは、コア部１ａの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。例えば、コア部１ａは、ゲルマニウム（Ｇｅ）やフッ素（Ｆ）などの屈折率調整用のドーパントが添加された石英ガラスからなる。クラッド部１ｂは、例えば屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。また、クラッド部１ｂの外径（クラッド径）は、細径に設定されている。
　本実施形態では、実施形態に係る細径の光ファイバとの比較のため、Ｇ．６５２規格に準拠するシングルモード光ファイバを標準光ファイバ（標準ＳＭＦ）として記載する。標準ＳＭＦは、通常はクラッド部の外周に厚さが約６２．５μｍの樹脂コーティング部を有している。したがって、樹脂コーティング部の外径は約２５０μｍとなる。本実施形態に係る細径の光ファイバでは、樹脂コーティング部などのコーティング部１ｃを含むファイバ径が２２０μｍ以下のものとして最適な設定を説明する。なお、以下において「ガラス径」は、図１に断面で示されるガラス部分（コア部１ａおよびクラッド部１ｂ）の直径を指すものとする。また、「ファイバ径」と「ガラス径」とを区別するために、「ファイバ径」は、図１に示す断面の直径、すなわち、コーティング部１ｃまでを含む光ファイバ１の外径を指す。
　光ファイバ１は、例えば図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示す屈折率プロファイルを有する。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃはいずれも、光ファイバ１のコア部１ａの中心軸からの半径方向における屈折率プロファイルを示している。
　図２Ａは、ステップ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ａにおいて、プロファイルＰ１１がセンタコアであるコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ１２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。なお、屈折率プロファイルは、クラッド部１ｂに対する比屈折率差（Δ）で示している。図２Ａに示すステップ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａの直径（コア径）は２ａであり、クラッド部１ｂに対するコア部１ａの比屈折率差はΔ１である。
　図２Ｂは、Ｗ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ｂにおいて、プロファイルＰ２１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ２２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。Ｗ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を囲んでおり、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂのディプレスト層とで構成されている。クラッド部１ｂに対するセンタコアの比屈折率差はΔ１である。クラッド部１ｂに対するディプレスト層の比屈折率差はΔ２である。
　図２Ｃは、トレンチ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ｃにおいて、プロファイルＰ３１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ３２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。トレンチ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコアと、センタコアの外周を囲んでおり、屈折率がセンタコアの屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂの中間層と、中間層の外周を囲んでおり、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ｂで外径が２ｃのトレンチ層とで構成されている。中間層に対するセンタコアの比屈折率差はΔ１である。クラッド部１ｂに対する中間層の比屈折率差はΔ２である。なお、Δ２は、通常は０％またはその近傍、例えば－０．２％～０．２％の間の範囲に設定される。クラッド部１ｂに対するトレンチ層の比屈折率差はΔ３である。
　図１に戻って、コーティング部１ｃは、例えば樹脂からなり、光ファイバ１のガラス部分を保護する機能を有する。コーティング部１ｃは、例えばＵＶ硬化樹脂等からなる被覆であり、１層または２層以上の層構造を有する。コーティング部１ｃが２層構造の被覆（２層被覆）の場合、コーティング部１ｃは、クラッド部側に位置するプライマリコーティング層と、プライマリコーティング層の外周側に位置するセカンダリコーティング層とからなる。コーティング部１ｃに用いられる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あるが、光ファイバのコーティングに使用されるものであれば特に限定されない。
　本実施形態に係る光ファイバ１は、上記構成を備えると共に、ファイバ径が２２０μｍ以下と細径である。また、後述するように屈折率プロファイルにおける比屈折率差を最適な範囲に設定している。これによりモードフィールド径（ＭＦＤ）拡大によるマイクロベンド損失の影響を抑制する。
　本発明者らは、ＭＦＤ拡大によるマイクロベンド損失の影響を抑制する細径光ファイバを実現するために、以下のような検討を行った。
　まず、細径光ファイバを実現するためには、リーケージ損失（漏れ損失）が小さいことが重要である。リーケージ損失は、例えば波長１６２５ｎｍ（つまり１６２５ｎｍの光）にて０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されていることが好ましい。また、波長１６２５ｎｍにて０．０１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されていることがより好ましい。また、半径３０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍの曲げ損失が２ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であることが好ましい。また、細径光ファイバを標準ＳＭＦと光接続した際に接続損失を抑制するためには、細径光ファイバの波長１５５０ｎｍ（１５５０ｎｍの光）におけるＭＦＤが９μｍ以上であることが好ましい。そこで、図２Ａ～図２Ｃに示す屈折率プロファイルに関するパラメータの様々な組み合わせに対してシミュレーション計算を行ない、各組み合わせにおける光ファイバの光学特性を算出した。
　図３は、上記計算結果に基づく、センタコアΔと、ＭＦＤまたは限界ファイバ径との関係の一例を示す図である。ここで、センタコアΔはセンタコアの比屈折率差Δ１を意味する。また、図３には、白四角または黒菱形でデータ点を示している。データ点が重なっている部分の個別のデータ点の輪郭については図示を省略している。
　図３には、実効カットオフ波長が１２６０ｎｍから１５５０ｎｍであり、１５５０ｎｍの分散が２３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープが０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下である範囲のシミュレーション計算結果を示している。ファイバ径として２２０μｍ以下を実現するためには、被覆による保護や、マイクロベンド損失抑制効果や、工程作業性等を考慮に入れると、ファイバ径はファイバガラス径＋４０μｍ以上であることが望ましく、ガラス径は１８０μｍ以下であることが好ましい。この場合、図３から、プロファイルによるばらつきは当然ながらあるものの、センタコアΔは０．１％以上が好ましいことが分かる。さらに、センタコアを０．１％以上にすると１５５０ｎｍのＭＦＤは概ね１５μｍ以下になることが分かる。一方で、１５５０ｎｍのＭＦＤを９μｍ以上に拡大しようとした場合は、センタコアΔは０．５％以下にした方が良いことが分かる。そこで、ファイバ径２２０μｍ以下で１５５０ｎｍでのＭＦＤを９μｍ以上とするのに有効なセンタコアΔの範囲は、０．１から０．５％までであることが分かる。
　次に、マイクロベンド損失の検討結果について説明する。まず、ＭＦＤ拡大ファイバ（ＭＦＤ拡大を行った光ファイバ）の１６２５ｎｍのリーケージ損失とボビンに巻き付けた状態（以下、ボビン状態と記載する場合がある）での１５５０ｎｍの伝送損失の関係について説明する。
　図４は、ＭＦＤ拡大ファイバの１６２５ｎｍのリーケージ損失とボビン状態での１５５０ｎｍの伝送損失との関係の一例を示す図である。図４から、１６２５ｎｍの光ではリーケージ損失は０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されることが分かる。１５５０ｎｍの光の伝送損失が０．２２ｄＢ／ｋｍ以下となるプロファイルを選択すれば、１６２５ｎｍの光でリーケージ損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されるため、より好ましい。
　図４に示す伝送損失は、リーケージ損失やマイクロベンド損失によるものである。図４から、リーケージ損失とマイクロベンド損失はある一定の関係があることが考えられるが、１：１の関係ではない。そこで、１５５０ｎｍの光のマイクロベンド損失は通常のＳＭＦ、つまりガラス径が１２５μｍでファイバ径が２５０μｍの標準ＳＭＦに比べて１０倍以下にすることが望ましい。
　また、マイクロベンド損失は、研磨紙法（伸長ドラム法や固定径ドラム法）やワイヤメッシュ法によって測定することが望ましい。例えば、ＪＩＳ　Ｃ６８２３：２０１０＿１０に記載されているような方法で測定することが望ましい。ただし、その他のマイクロベンド測定法（例えば斜め巻き付け法）であっても発明の意図に反するものでなければ適用しても良い。
　次に、図４に示すファイバプロファイルをいくつか選択し、ガラス径や、プライマリ厚や、セカンダリ厚を変化させた場合の標準ＳＭＦに対する規格化マイクロベンド損失特性について示す。ここで、プライマリ厚はプライマリコーティング層の厚みのことである。プライマリ厚は、（プライマリ径（直径）－ガラス径（直径））／２にて計算される。プライマリ径は、光ファイバ断面のプライマリ層までの直径である。一方、セカンダリ厚はセカンダリコーティング層の厚みのことである。セカンダリ厚は、（セカンダリ径（直径）－プライマリ径（直径））／２にて計算される。セカンダリ径は、ファイバ径に相当する。
　図５は、プライマリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。図６は、セカンダリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。図５と図６から、セカンダリ厚に対するマイクロベンド損失の方が、プライマリ厚に対するマイクロベンド損失の変化に比べてバラつきが大きいが、１５５０ｎｍのＭＦＤが９μｍよりも大きく、カットオフ波長が１２６０－１５３０ｎｍにあるガラス径８０μｍ以上かつ１８０μｍ以下でファイバ径が２２０μｍ以下の細径ファイバにおいては、プライマリ厚もセカンダリ厚も少なくとも１０μｍ以上に設定しないとマイクロベンド損失を満たす解が存在していないことが分かった。なお、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４に準拠する光ファイバ（いわゆるカットオフシフトファイバ）と近い特性を有している。これは、カットオフ波長が１２６０ｎｍよりも長いファイバを市場で適用する上で望ましい特性である。
　以上のシミュレーション結果に基づき本実施形態に係る光ファイバの寸法を設定することにより、２２０μｍ以下のファイバ径を有する細径ファイバにおいても、例えば波長１５５０ｎｍのＭＦＤを９μｍ以上に拡大し、ＭＦＤ拡大に基づくマイクロベンド損失の影響を十分に抑えることが可能になる。つまり、ＭＦＤが拡大されても伝送損失を十分低く抑えることが可能になる。
（実験例）
　光ファイバを上述したシミュレーションにより得られた最適範囲に設定することにより、例えば１５５０ｎｍのＭＦＤが９μｍ以上で、実効カットオフ波長が１２６０－１５３０ｎｍで、ファイバ径が２２０μｍ以下である光ファイバを実現することができる。そこで、その範囲において、様々な設定の光ファイバを試作し、測定を行った実験結果を示す。
　次に示す表１は、シミュレーションにより求めた各プロファイルにおけるパラメータの最適範囲を示す表である。この表の最適範囲に含まれる値に基づき細径ファイバを試作し、実験を行った。なお、コア部１ａの屈折率プロファイルの頂部は必ずしも平坦な形状ではない。製造設計上のコア径２ａの範囲内における頂部の比屈折率差の平均値が０．１０％～０．５０％であることが所望の特性を得る点で好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、細径ファイバとして、センタコアにＧｅをドープして屈折率を純石英ガラスよりも高めたシリカクラッドを用いる方法と、センタコアは純石英ガラスまたは屈折率を大きく上昇させない程度のドーパントを含んだものとし、クラッドにＦをドープして屈折率を純石英ガラスよりも低くしたものを用いる方法とによって、２種類を準備した。また、マイクロベンド損失の測定は、ＪＩＳ　Ｃ６８２３：２０１０＿１０に記載されているドラム法で行った。なお、リーケージ損失はシミュレーションで１６２５ｎｍで０．１ｄＢ／ｋｍ以下の特性になっているものを選択し、そのシミュレーション通りのリーケージ損失が実際に得られていることを確認した。リーケージ損失の特性の確認は、試作光ファイバのガラス径に対し、プロファイルが同等で十分にガラス径が大きいファイバ（例えば２００－５００μｍ）、今回は３００μｍのものを別途試作し、それぞれ巻き束状態での損失を測定し、その伝送損失差から求めた。以下では、この方法により得られた実験結果について図７および図８を参照して説明する。
　図７は、ステップ型、Ｗ型、トレンチ型におけるセンタコアΔとマイクロベンド損失の関係との一例を示す図である。図７には、良好なマイクロベンド損失特性が得られたものの結果を示している。この実験結果から、センタコアΔに比例してマイクロベンド損失が変化する様子が分かる。プロファイル以外の他のパラメータによるばらつきはあるものの、センタコアΔがマイクロベンド損失を抑制するのに重要なパラメータであることが理解できる。したがって、この結果により、光ファイバを２２０μｍ以下の細径にした場合でも、センタコアΔを０．１０～０．５０％の設定にしていれば、Ｇ．６５４に適合する様な良好な光学特性を得ながら、従来型のシングルモード光ファイバと比べた場合に規格化マイクロベンド損失を１０以下に抑えられることが確認できた。
　図８は、ステップ型とトレンチ型とにおけるセンタコアΔと１６２５ｎｍのリーケージ損失との関係の一例を示す図である。この実験では、ガラス径１２５μｍとファイバ径２００μｍの光ファイバと、ガラス径３００μｍとファイバ径５００μｍの光ファイバとを試作し、２つの試作光ファイバにおける１６２５ｎｍの伝送損失差をリーケージ損失として定義している。図８に示すようにセンタコアΔに比例してリーケージ損失が変化する様子から、リーケージ損失もセンタコアΔと密接な関係があることが分かる。また、図８から、センタコアΔを０．１０～０．５０％の設定にしていれば、１６２５ｎｍのリーケージ損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することが可能であることも確認できた。
　以上の構成では、２２０μｍ以下のファイバ径と１２６０－１５３０ｎｍのカットオフ波長、および１５５０ｎｍでの９μｍ以上のＭＦＤを有しながら、マイクロベンド損失の耐性が高い細径ファイバの実現が可能になる。
　次に、上述した一実施形態の実施例について説明する。以下の表２および表３に実施例１～５３を示す。実施例１～１０における、ステップ型（単峰型）の屈折率プロファイルを有する光ファイバ１は、コア部１ａが純石英ガラスまたは屈折率を大きく上昇させない程度のドーパントを含んだものとし、クラッド部１ｂにＦがドープされて屈折率が純石英ガラスよりも低くされたものを用いる。実施例１１～５３における、Ｗ型またはトレンチ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバ１は、コア部１ａにＧｅがドープされて屈折率が純石英ガラスよりも高くされ、クラッド部１ｂが純石英ガラスからなるものを用いる。
　また、実施例１～５３における光ファイバ１において、ガラス径は、１６２５ｎｍのリーケージ損失が０．００１ｄＢ／ｋｍになる最小の値に設定する。また、光ファイバ１のプライマリ厚（Ｐ厚）およびセカンダリ厚（Ｓ厚）は、マイクロベンド損失が標準ＳＭＦの５倍になる最小の値に設定する。なお、マイクロベンド損失の測定は、ＪＩＳ　Ｃ６８２３：２０１０＿１０に記載されているドラム法により行う。これらの値は、リーケージ損失やマイクロベンド損失のターゲットを変えるため、またはハンドリング性を考慮して、本発明における範囲内の他の値にすることも可能である。また、いずれの屈折率プロファイルにおいても、コア径の調整によって、より高い比屈折率差やより低い比屈折率差にすることも可能である。この点、実施例においては、量産性を考慮して、従来のＳＭＦに比較的近い、０．３５％～０．４２％程度において検討を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２および表３から、実施例１～５３における光ファイバ１はいずれも、コア部１ａのセンタコアの比屈折率差の平均値が０．１～０．５％、コーティング部を含むファイバ径が２２０μｍ以下、実効カットオフ波長が１２６０ｎｍよりも長く１５３０ｎｍよりも短くかつ１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が９μｍ以上であるという特性を満たしていることが分かる。また、実施例１～５３における光ファイバ１はいずれも、１５５０ｎｍの光の伝送損失が０．２２ｄＢ／ｋｍ以下という特性を満たしていることが分かる。なお、実施例１～５３における光ファイバ１はいずれにおいても、１６２５ｎｍの光のリーケージ損失は、０．１ｄＢ／ｋｍ以下であることが確認された。また、実施例１～５３における光ファイバ１はいずれも、プライマリコーティング層の厚み（Ｐ厚）が１０μｍ以上であり、セカンダリコーティング層の厚み（Ｓ厚）が１０μｍ以上である特性を満たしていることが分かる。
　なお、上記実施形態では、屈折率プロファイルとしてステップ型、Ｗ型、およびトレンチ型を例示しているが、セグメントコア型やＷ＋サイドコア型などのその他の屈折率プロファイルについても適用できる。
　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　本発明に係る光ファイバは、データコムやテレコムなどの光通信の分野に好適に利用できる。
１　光ファイバ
１ａ　コア部
１ｂ　クラッド部
１ｃ　コーティング部
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２　プロファイル

Claims (16)

  1. 　ガラスからなるコア部と、
    　前記コア部の外周に位置し、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスからなるクラッド部と、
    　前記クラッド部の外周を覆うコーティング部と、
    　を備え、
    　前記コア部のセンタコアの比屈折率差の平均値が０．１～０．５％であり、
    　前記コーティング部を含むファイバ径が２２０μｍ以下であり、
    　実効カットオフ波長が１２６０ｎｍよりも長く１５３０ｎｍよりも短くかつ１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が９μｍ以上である
    　ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 　１５５０ｎｍの光の伝送損失が０．２２ｄＢ／ｋｍ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。
  3. 　１６２５ｎｍの光のリーケージ損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記コーティング部はプライマリコーティング層とセカンダリコーティング層の２層被覆を有し、
    　前記プライマリコーティング層の厚みが１０μｍ以上である
    　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  5. 　前記コーティング部はプライマリコーティング層とセカンダリコーティング層の２層被覆を有し、
    　前記セカンダリコーティング層の厚みが１０μｍ以上である
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  6. 　前記コア部および前記クラッド部を含むガラス径の直径が８０μｍ以上かつ１８０μｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  7. 　波長１５５０ｎｍの光のマイクロベンド損失が、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２で定義される規格に準拠する特性を有しかつ外径が１２５μｍのクラッド部の外周に外径が２５０μｍの樹脂コーティング部を有する標準光ファイバの１０倍以下である
    　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  8. 　前記マイクロベンド損失は、研磨紙法にて測定した値である
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
  9. 　前記マイクロベンド損失は、ワイヤメッシュ法にて測定した値である
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
  10. 　ステップ型の屈折率プロファイルを有する
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  11. 　Ｗ型の屈折率プロファイルを有する
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  12. 　トレンチ型の屈折率プロファイルを有する
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  13. 　１５５０ｎｍの光の分散が２３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  14. 　１５５０ｎｍの光の分散スロープが０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  15. 　半径３０ｍｍで巻いた場合の１６２５ｎｍの光の曲げ損失が２ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～１４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
  16. 　１５５０ｎｍの光のモードフィールド径が１５μｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～１５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
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