JP2000047049A - 屈折率分布型光ファイバ及びケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口数を小さくすることなく高帯域性能を達
成可能でかつ低損失な光ファイバを提供する。 【解決手段】 コアに屈折率分布を有するプラスチック
光ファイバであって、レーザ波長５４３ｎｍまたは６３
３ｎｍにおける限定モード励振伝送損失測定法におい
て、コア中心部の屈折率とクラッド層の屈折率から規定
される開口角をθｃ度とした場合に、入射角θが３〜
０．７５θｃ度のいずれかの高次モードの伝送損失が、
入射角θが０度の低次モードの伝送損失よりも大きい屈
折率分布型光ファイバ。前記光ファイバの外周に被覆層
が設けられてなる光ファイバケーブル。更にこの光ファ
イバケーブルの端部にプラグが取り付けられてなるプラ
グ付き光ファイバケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信媒体等として
利用可能な屈折率分布型光ファイバ及びケーブルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】屈折率分布を有する光ファイバのうち多
層構造形態を有する広帯域プラスチック光ファイバとし
ては、ＷＯ９７／３６１９６号及び特開平９−１３３８
２１号公報が知られている。

【０００３】ＷＯ９７／３６１９６号は、２種類以上の
単量体Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）
からそれぞれ製造され屈折率が順次低下する単独重合体
ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体の
２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる共重合組成比
と屈折率が異なる（共）重合体を同心円状に積層した多
層構造のコアを有し、コア中心部の屈折率が最も高く外
周部に向かって屈折率が順次低下する多層構造の屈折率
分布型光ファイバに関するものであり、コアを階段状屈
折率分布にすることで、帯域性能に優れた光ファイバが
得られると記載している。しかし、コア各層の材料が有
する損失特性等と光の伝搬モードの減衰、並びにそれら
と密接に関わる帯域性能との関係については何ら検討さ
れていない。

【０００４】特開平９−１３３８２１号公報は、２層以
上の多層コアの外側にクラッド層を有するプラスチック
光ファイバにおいて、コア部を構成する材料が、２，２
−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１，１，３，
３，３−ヘキサフルオロプロパン（成分Ａ）及び９，９
−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（成分
Ｂ）を共に含有してなるポリカーボネートであって、内
側のコアが外側のコアと較べて成分Ｂをより多く含有す
る光ファイバを開示している。ここで、成分Ｂは、成分
Ａに比してその分子骨格内に多くのフェニル基を含むた
め、π電子共役系における電子遷移に基づく吸収損失が
大きくなる。従って、成分Ｂのモル分率が高い材料ほど
その伝送損失は大きく、即ち、この光ファイバは、成分
Ｂをより多く含有する中心部の層ほど伝送損失が大き
く、外周部ほど伝送損失が小さいものとなっている。

【０００５】このような伝送損失分布を有する多層構造
の光ファイバでは中心部のみならず外周部をも伝送路と
して使用する光のモード（高次モード）の損失が、中心
部のみを使用する光のモード（低次モード）の損失より
も小さいため、比較的高次モードの光が減衰することな
く長距離伝搬する。そして高次モードの光は、低次モー
ドの光と比較すると、所定距離伝搬する際の到達時間が
より遅いので、これが光パルス波形の時間的広がりの原
因となり、光通信における帯域性能を著しく低下させる
原因となる。また、光伝送路において利用効率の高い中
心層ほど伝送損失が大きい光ファイバでは、光ファイバ
全体として伝送損失が大きくなる点が問題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】屈折率分布を有する光
ファイバとして、例えば、多層構造の光ファイバにおい
ては、ファイバの開口数を小さくする手段や、層数を増
やすなどの手段により、帯域性能をより向上させること
が可能である。

【０００７】しかし開口数を小さくしすぎるとファイバ
の曲げによる損失が大きくなる点が問題である。また層
数を多くすると製造プロセスが煩雑になりコスト高にな
る点が問題である。従って、開口数を過度に小さくする
ことなくかつ比較的少ない層数で帯域性能を効率よく向
上させる技術が望まれる。

【０００８】本発明の目的は、屈折率分布型光ファイバ
において、そのファイバ内部を伝搬する光のモードの損
失形態に着目し、開口数を小さくすることなく高帯域性
能を達成可能でかつ低損失な光ファイバを提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、コアに
屈折率分布を有するプラスチック光ファイバであって、
レーザ波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍにおける限定モ
ード励振伝送損失測定法において、コア中心部の屈折率
とクラッド層の屈折率から規定される開口角をθｃ度と
した場合に、入射角θが３〜０．７５θｃ度のいずれか
の高次モードの伝送損失が、入射角θが０度の低次モー
ドの伝送損失よりも大きい屈折率分布型光ファイバにあ
る。

【００１０】また本発明の要旨は、前記光ファイバの外
周に被覆層が設けられてなる光ファイバケーブルにあ
り、更にこの光ファイバケーブルの端部にプラグが取り
付けられてなるプラグ付き光ファイバケーブルにある。

【００１１】尚、前記屈折率分布型光ファイバの代表的
なものとして、２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・
・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され
屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・
・、ＨＰｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ
一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる
（共）重合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有
し、コア中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈
折率が順次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバ
が例示される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の光ファイバにおいてコア
は光の伝送経路として用いられる部分である。コアに屈
折率分布を有する光ファイバとは、コアの中心部から外
周部に向かって連続的または不連続的に屈折率が低下す
る光ファイバを意味する。屈折率変化が不連続的なもの
としては、屈折率が階段状に変化するものが例示され
る。

【００１３】本発明においてコア中心部とクラッド層の
屈折率から規定される開口角θｃは、光ファイバのコア
中心部の屈折率とクラッドの屈折率から規定される開口
角のことであり、ＪＩＳ Ｃ６８６２に規定される反射
法によって測定される。即ち、コア中心部とクラッド層
のそれぞれの屈折率をｎ₁及びｎ₂とした場合に、開口角
θｃは式（１）により求められる角度である。またこの
式のｓｉｎθｃが開口数である。

【００１４】 ｓｉｎθｃ ＝（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^0.5 （１） 本発明において限定モード励振伝送損失測定法とは以下
に示される測定法である。図１は限定モード励振伝送損
失測定装置の構成図である。波長５４３ｎｍ又は６３３
ｎｍ、ビーム広がり角１ミリラジアンのＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源１から出たビームは、開口数０．４の対物レンズ
２と開口数０．１の対物レンズ３によって、対物レンズ
３から２５ｃｍ離れた位置で、ビーム径１５０μｍの平
行光線になるよう調整される。ここでビーム径とは、ガ
ウス分布をしているレーザ光のパワーが、（１／ｅ）２
となる幅で定義される値である。但し、ｅは自然対数の
底である。

【００１５】光ファイバ５の端面は、ファイバ軸に対し
て垂直に切断され鏡面研磨される。光ファイバは直線状
にセットされる。平行光線は、そのビームの中心が、光
ファイバ端面の中心に位置精度２０μｍ以内の精度で入
射される。

【００１６】今、光ファイバ端面の中心点をＯとする
と、点Ｏを含み、ファイバ端面に垂直な法線方向を０度
として、その法線を含む面内で、法線との任意のなす角
θをもってファイバ内へ平行光線を入射することができ
る。これらの位置合わせは、レーザ光源１並びにレンズ
光学系（２，３）をリニアレール１０上に配列し、それ
を精密位置合わせのできるＸＹＺθステージ４上にマウ
ントして行う。このステージの位置合わせ精度は、直線
方向で１μｍ、回転方向で０．００２度が可能である。

【００１７】光ファイバからの出射光は積分球６に導か
れ、ファイバからの直接光が入らない位置に配置された
シリコンフォトダイオード７とそれにつながれた電流計
８によって光量の測定が行われる。これらＸＹＺθステ
ージと電流計はパソコン９によって制御される。

【００１８】次に限定モード励振伝送損失測定法の原理
について述べる。本測定法では、光ファイバ端面の点Ｏ
を中心に入射角θを変化させて、平行光線を光ファイバ
内に入射し、出射端面での出射光量を測定する。限定モ
ード励振伝送損失測定は、ある２点のファイバ長におけ
る出射光量をθの関数として測定し、通常のカットバッ
ク法と同様の計算式に従って、伝送損失をθの関数とし
て求めるものである。

【００１９】ある長さの光ファイバを通ってきたときの
光量をＩ(θ)、これをある距離Lだけ切断して残った短
い光ファイバを通ってきたときの光量をＩ₀(θ)とする
と、光伝送損失α(θ)は式（２）で表される。

【００２０】 α(θ)＝（１０／Ｌ）１ｏｇ｛Ｉ₀(θ)／Ｉ(θ)｝ （２） 限定モード励振伝送損失とは、全モード励振伝送損失
（あらゆる入射角度の光が存在するときの損失）に比べ
て、充分少ないモード数となるように、入射光ビームの
径を光ファイバの直径に比べ充分小さくして、かつその
入射角を特定の角度に制限した場合の伝送損失のことで
ある。

【００２１】以下、本装置で測定した限定モード励振伝
送損失を「限定モード損失」と呼ぶ。低次モードとは入
射角の極めて小さい光の伝搬モードのことで、高次モー
ドとは入射角の大きい光の伝搬モードのことを示し、こ
れらは本来相対的な概念であるが、本発明においては入
射角３度以上のモードを「高次モード」と呼び、入射角
θが０度のモードを「低次モード」と呼ぶ。

【００２２】次に、この測定で得られるデータの解釈に
ついて、簡単のために２層コアの光ファイバを例にして
説明する。図２及び図３は、２層コアの光ファイバ内を
通るメリディオナル光線の軌跡を表したものである。こ
のファイバの１層目のコア１１の屈折率をｎ₁、２層目
のコア１２の屈折率をｎ₂、クラッド層１３の屈折率を
ｎ₃とすると、それぞれの屈折率の関係は次のようにな
る。

【００２３】 ｎ₃ ＜ｎ₂＜ｎ₁ （３） １層目コアと２層目コアの界面で全反射が許される最大
入射角θ１ｃは式（４）で表される。また２層目コアと
クラッドとの界面で全反射が許される最大入射角θ２ｃ
は式（５）で表される。

【００２４】 θ１ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^0.5 （４） θ２ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ₁ ²−ｎ₃ ²）^0.5 （５） 光ファイバへの入射角θが０度からθ１ｃまでの光線
は、１層目コアと２層目コアの界面で全反射して伝わる
光であり、即ち１層目コアのみを伝搬する光である。図
２はこの状態を示している。また、θ１ｃからθ２ｃま
での光線は、１層目コアから２層目コアに移り２層目コ
アとクラッドとの界面で全反射して伝わる光であり、即
ち１層目と２層目のコアを伝搬する光である。図３はこ
の状態を示している。

【００２５】ここで、２層コアの光ファイバに全モード
励振でパルスを入射させ、一定距離伝搬させた後の出射
パルスの時間的な広がり幅について議論する。図４及び
図５は、０度から開口角θｃ度の範囲で均一な入射角分
布を有する光を光ファイバ内にパルス状で入射させ、そ
のときの出射パルスの状態を模式的に表したものであ
る。図４−（ａ）は、０度からθ１ｃまでの入射角度の
パルスに対応する出射パルス波形を、図４−（ｂ）はθ
１ｃを超えかつθ２ｃ以下の入射角度のパルスに対応す
る出射パルス波形を示している。

【００２６】一般に、大きな角度の伝搬光は、多くの異
なる伝搬モードを含むため、伝搬時間に広い分布を生じ
る。従って、θ１ｃを超えかつθ２ｃ以下の入射角度の
パルスに対応する出射パルスは、０度からθ１ｃに対応
する出射パルスよりも広がり易くなる。実際の出射パル
スは、図４−（ａ）と図４−（ｂ）を重ね合わせた図４
−（ｃ）のようになる。ここでは、１層目と２層目の屈
折率と層の厚みを最適化して、（ａ）と（ｂ）の最大光
量の出射時間を合わせたものとして示してある。

【００２７】図５は図４と同様の光ファイバにおいて、
２層目の伝送損失を大きくしたときの状態を示してい
る。それぞれ、（ａ）と（ｄ）、（ｂ）と（ｅ）、
（ｃ）と（ｆ）の状態が対応する。図５−（ｅ）は２層
目の伝送損失を大きくしたために、図４−（ｂ）より出
射光量が少なくなっている。それによって、図５−
（ｆ）に示された出射パルスは、図４−（ｃ）と比較し
てその幅が狭くなる。すなわち、２層目の伝送損失を大
きくすることによって、単位時間当たり、より多くの信
号を伝送できるようになり、伝送帯域を広げることがで
きる。

【００２８】２層目の伝送損失を１層目よりも大きくす
る方法としては、２層目に材料の損失が大きいものを選
ぶ、あるいは、２層目に不純物を混入させるなどが考え
られる。また、２層目とクラッド層との界面不整が大き
い場合、あるいは、クラッド層の損失が著しく大きい場
合も同様の効果が生じる。

【００２９】このように設計された多層構造の光ファイ
バは、先に述べた限定モード損失に関し、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザの光の波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍ、入射角θ
が３度以上のある入射角領域における高次モードの伝送
損失が、入射角θが０度の低次モードの伝送損失より大
きい値を示す。

【００３０】限定モード損失は、上述の各層を構成する
材料の損失等を制御する方法によっても制御可能である
が、各層の厚さを変えることによっても制御可能であ
る。例えば、高次モードの損失の増大は、１層目に対し
て若干損失の大きな２層目の層を厚くすることでも達成
可能である。

【００３１】さて、図６は、本測定法による２層コアの
光ファイバの限定モード損失のデータの模式図である。
横軸は入射光線の入射角θを、縦軸は伝送損失を表して
いる。入射角θの刻み幅は０．１度である。このデータ
では、０度からθ１ｃ付近までは、ほぼ一定の伝送損失
を示し、θ１ｃからθ２ｃまでの伝送損失はそれより高
い値となっている。これは２層目の材料の損失が１層目
の損失より大きいものであることを示唆している。ただ
し、θ２ｃ付近の損失がなだらかに変化しているのは、
測定時のファイバの曲がりやファイバ内の構造不整の影
響のためである。

【００３２】測定は前述のようにカットバック法で行
い、式（２）を用いて限定モード損失を求めるが、その
カットバック長は光ファイバの透明度と構造不整等に関
わる伝送損失のレベルに依存する。式（２）においてＩ
₀(θ)を測定するためのファイバ長は、入射モードが広
がり過ぎない程度の長さを選ぶのが好ましく、通常は１
ｍ以下が好ましい。また、Ｉ(θ)を測定するためのファ
イバ長は、３ｍから１０ｍ程度が好ましい。

【００３３】入射角θが３度〜０．７５θｃ度のいずれ
かの高次モードの伝送損失とは、先に定義した平行レー
ザ光束の入射角θを、３度から開口角θｃの７５％迄の
範囲内のいずれかの角度としたときの損失値のことであ
る。また、実用的な範囲内の極めて小さい開口数を有す
る光ファイバにおいては、入射角θが３度以上の高次モ
ードを減衰することで、帯域性能を向上させる効果が現
れはじめる。

【００３４】高次モードの伝送損失が低次モードの伝送
損失よりも若干大きくなるように設計された屈折率分布
型光ファイバは、より優れた伝送帯域性能を発現する。
基本的に伝送帯域を大きく低下させる主要因は、光ファ
イバ内を伝搬する各種モードのうち、モード間での光の
到達時間差を生じ易い高次モードの伝搬である。従っ
て、こうした高次モードのエネルギーを効率よく伝搬中
に減衰させることは、光ファイバの帯域性能を向上させ
る手段として極めて有効である。

【００３５】帯域性能を向上させるために要求される低
次モードと高次モードの限定モード損失の差は使用され
るファイバ長にも依存する。ファイバ長２０ｍ以上の距
離で使用する場合の低次及び高次の限定モード損失の差
は、望ましくは３０[dB/km]以上であり、より望ましく
は５０[dB/km]以上、更に望ましくは１００[dB/km]以上
である。

【００３６】但し、２層目の損失に関する高次モードの
損失が大きくなると帯域性能は向上するが、大きすぎる
と実質的に光が伝搬できる有効開口角が狭くなり、入射
端での取り込み光量の減少や曲げ損失の増大を招き望ま
しくない。そうした観点から、限定モード損失の差は５
００[dB/km]以下、更に望ましくは３００[dB/km]以下が
適当である。

【００３７】ちなみに、前述の２層コアの光ファイバに
おいて、低次及び高次の限定モード損失の差が５０[dB/
km]である光ファイバと損失の差がほとんど無い光ファ
イバを、ファイバ長５０ｍの帯域性能で比較すると、前
者の方が実際に約２割程度帯域が広くなる。但し、更に
短距離で光ファイバで使用する場合、限定モード損失の
差を帯域性能に反映させるためには、その損失差をもっ
と大きくしなければならない。

【００３８】以上これまで２層コアの光ファイバの限定
モード損失と、層の構造、損失に関して議論してきた
が、３層以上のコアを有する多層構造の光ファイバにつ
いても同様の考え方、設計思想が適用できる。

【００３９】多層構造の光ファイバの代表的なものとし
て、２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ
（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され屈折率が順
次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰ
ｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ一種類以
上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる（共）重
合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有し、コア
中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈折率が順
次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバが挙げら
れる。尚、ＨＰは単独重合体、ＣＰは二元共重合体を意
味する。

【００４０】本発明における単量体は、工業的生産を考
慮すると、容易にラジカル重合で高分子化するビニル系
単量体が望ましい。

【００４１】本発明の理解を容易にするために先ず単量
体の数ｎが３の場合について説明する。単量体の数ｎが
３の場合、各単量体Ｍ１、Ｍ２及びＭ３からそれぞれ３
種類の単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２及びＨＰ３が製造され
うる。また、２系列の２元共重合体ＣＰが製造され、こ
れらのひとつのＣＰ（またはひとつのＨＰ）と他のＣＰ
は互いに相溶性の良いものを選択するのが好ましい。

【００４２】多層構造の屈折率分布型光ファイバにおい
て高屈折率重合体は、単量体Ｍ１の単独重合体ＨＰ１、
単量体Ｍ１と単量体Ｍ２との種々のモル組成比の共重合
体ＣＰとして調製される。又、低屈折率重合体は同様に
して、単量体Ｍ３の単独重合体ＨＰ３、単量体Ｍ３と単
量体Ｍ２との種々のモル組成比の共重合体ＣＰとして調
製される。

【００４３】この屈折率の高低は相対的である。仮に、
Ｍ２としてメチルメタクリレート、（以下「ＭＭＡ」と
略す）即ちＨＰ２として屈折率１．４９１のポリメチル
メタクリレート（以下「ＰＭＭＡ」と略す）を用いる場
合、Ｍ１及びＭ３として以下の単量体が例示される。
尚、括弧内のｎｄは単独重合体の屈折率を示す。

【００４４】高屈折率の重合体を形成する単量体Ｍ１と
しては、ベンジルメタクリレート（ｎｄ＝１．５６８
０）、フェニルメタクリレート（ｎｄ＝１．５７０
６）、安息香酸ビニル（ｎｄ＝１．５７７５）、スチレ
ン（ｎｄ＝１．５９２０）、１−フェニルエチルメタク
リレート（ｎｄ＝１．５４９０）、２−フェニルエチル
メタクリレート（ｎｄ＝１．５５９２）、ジフェニルメ
チルメタクリレート（ｎｄ＝１．５９３３）、１，２−
ジフェニルエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５８１
６）、１−ブロモエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５
４２６）、ベンジルアクリレート（ｎｄ＝１．５５８
４）、α，α−ジメチルベンジルメタクリレート（ｎｄ
＝１．５８２０）、ｐ−フルオロスチレン（ｎｄ＝１．
５６６）、２−クロロエチルメタクリレート（ｎｄ＝
１．５１７０）、イソボルニルメタクリレート（ｎｄ＝
１．５０５）、アダマンチルメタクリレート（ｎｄ＝
１．５３５）、トリシクロデシルメタクリレート（ｎｄ
＝１．５２３）、１−メチルシクロヘキシルメタクリレ
ート（ｎｄ＝１．５１１１）、２−クロロシクロヘキシ
ルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１７９）、１，３−ジ
クロロプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．５２７
０）、２−クロロ−１−クロロメチルエチルメタクリレ
ート（ｎｄ＝１．５２７０）、ボルニルメタクリレート
（ｎｄ＝１．５０５９）、シクロヘキシルメタクリレー
ト（ｎｄ＝１．５０６６）、テトラヒドロフルフィルメ
タクリレート（ｎｄ＝１．５０９６）、アリルメタクリ
レート（ｎｄ＝１．５１９６）、テトラヒドロフルフリ
ルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０９６）、ビニルクロ
ロアセテイト（ｎｄ＝１．５１２０）、グリシジルメタ
クリレート（ｎｄ＝１．５１７）、メチル−α−クロロ
アクリレート（ｎｄ＝１．５１７２）、等が挙げられ
る。

【００４５】また、低屈折率の重合体を形成する単量体
Ｍ３としては、２，２，２，トリフルオロエチルメタク
リレート（ｎｄ＝１．４１５）、２，２，３，３テトラ
フルオロプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．４２
２）、２，２，３，３，３ペンタフルオロプロピルメタ
クリレート（ｎｄ＝１．３９２）、２，２，２−トリフ
ルオロ−１−トリフルオロメチルエチルメタクルレート
（ｎｄ＝１．３８０）、２，２，３，４，４，４ヘキサ
フルオロブチルメタクリレート（ｎｄ＝１．４０７）、
２，２，３，３，４，４，５，５オクタフルオロペンチ
ルメタクリレート（ｎｄ＝１．３９３）、２，２，２ト
リフロオロエチルαフルオロアクリレート（ｎｄ＝１．
３８６）、２，２，３，３テトラフルオロプロピルαフ
ルオロアクリレート（ｎｄ＝１．３９７）、２，２，
３，３，３ペンタフルオロプロピルαフルオロアクリレ
ート（ｎｄ＝１．３６６）、２，２，３，３，４，４，
５，５オクタフルオロペンチルαフルオロアクリレート
（ｎｄ＝１．３７６）、オルト，パラジフルオロスチレ
ン（ｎｄ＝１．４７５０）、ビニルアセテイト（ｎｄ＝
１．４６６５）、ターシャルブチルメタクリレート（ｎ
ｄ＝１．４６３８）、イソプロピルメタクリレート（ｎ
ｄ＝１．４７２８）、ヘキサデシルメタクリレート（ｎ
ｄ＝１．４７５０）、イソブチルメタクリレート（ｎｄ
＝１．４７７０）、α−トリフルオロメチルアクリレー
ト、β−フルオロアクリレート、β，β−ジフルオロア
クリレート、β−トリフルオロメチルアクリレート、
β，β−ビス（トリフルオロメチル）アクリレート、α
−クロロアクリレート等が挙げられる。

【００４６】特に、コア中心部となる１層目コアにＰＭ
ＭＡを用いた多層構造の光ファイバでは比較的低損失な
光ファイバが得られる。例えば、Ｍ１にＭＭＡ、Ｍ２に
フッ素化アルキル（メタ）アクリレートを用い、１層目
コアにＭＭＡ単独重合体を用いた場合である。

【００４７】中でも、Ｍ１にＭＭＡ、Ｍ２に２，２，
３，３テトラフルオロプロピルメタクリレート（以下
「４ＦＭ」と略す）を用い、１層目コアにＭＭＡ単独重
合体を用いた多層構造の光ファイバは低損失性にすぐれ
ている。

【００４８】また、Ｍ１にベンジルメタクリレート（以
下「ＢｚＭＡ」と略す）、Ｍ２にＭＭＡを用いた場合も
比較的低損失な多層構造の光ファイバが得られる。この
場合、各層を構成するポリマーは、組成の異なるＢｚＭ
Ａ／ＭＭＡの各種共重合体（ＣＰ）、ＭＭＡ単独重合体
（ＨＰ）となる。しかし、光ファイバの開口数を大きく
しようとすると、１層目コアの共重合体中のＢｚＭＡ組
成の割合を大きくする必要があり、ガラス転移温度の低
いＢｚＭＡを多く用いることは、１層目コアの共重合体
のガラス転移温度の低下をもたらし、光ファイバの耐熱
性を低下させる結果となる。

【００４９】この場合、次に示す材料構成を用いること
で解決される。つまり、Ｍ１にＢｚＭＡ、Ｍ２にＭＭ
Ａ、更にＭ３としてフッ素化アルキル（メタ）アクリレ
ートを用いて多層構造の光ファイバを製造する。この場
合の各層を構成するポリマーの構成は、中心層から外周
部に向けて、組成の異なるＢｚＭＡ／ＭＭＡの各種共重
合体（ＣＰ）、ＭＭＡの単独重合体（ＨＰ）、組成の異
なるＭＭＡ／フッ素化アルキル（メタ）アクリレートの
各種共重合体（ＣＰ）となる。フッ素化アルキル（メ
タ）アクリレートはＢｚＭＡより屈折率差があるため、
ＭＭＡとの共重合組成として少量用いることで、光ファ
イバの開口数を大きくとることができる。

【００５０】同時に、１層目コアのＢｚＭＡ／ＭＭＡ共
重合体のＢｚＭＡ組成を小さくできるため、光ファイバ
全体のガラス転移温度を高めることができ、耐熱性を向
上させることができる。

【００５１】本発明の光ファイバの中心部と外周部の屈
折率の差は特に限定されないが、ある帯域性能を保持す
るためには光ファイバの開口数は０．２〜０．４程度で
あることが好ましい。

【００５２】以下、本発明の多層構造の光ファイバの製
法例について説明する。２種類以上の単量体Ｍ１、Ｍ
２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ製
造され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ
２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体の２元共重合体
ＣＰ一種類以上から選ばれる、屈折率の異なる２種類以
上好ましくは４種類以上の紡糸原料を調製し、これらを
外周部側程屈折率が低下する様にして多層同心円状ノズ
ルに供給する。外周部には別途調製されたクラッド材を
供給することになるので多層同心円状ノズルの層数はコ
ア数とクラッド数の合計数とする。例えば屈折率の異な
る２種類の紡糸原料をコア材として用い、１種類のクラ
ッド材を用いる場合は、３層ノズルにて紡糸することに
なる。

【００５３】いずれの場合も、コア中心部となる１層目
コアに透明性の最も良い材料を選択し、２層目以降の少
なくとも１層に前記中心層よりも透明性の劣る材料を選
択することが好ましい。材料の透明性は材料自身の光透
過率でも評価できるが、高精度を要するため光散乱測定
により評価することが望ましい。これらの透明性は、同
じポリマーであってもその精製の程度により、また同種
類のモノマーを用いた共重合体でもその共重合組成比や
製法等によって変化するものである。

【００５４】以上、単量体の数ｎが３の場合について説
明してきたが、ｎを４以上へと拡張することは可能であ
る。また、単量体の数ｎが２の場合であっても同様であ
る。

【００５５】限定モード損失の入射角θに関する分布
は、多層構造の光ファイバ内の各層を構成する重合体の
各々の伝送損失や、それら隣接層間に形成されるＨＰと
ＣＰ、又は、異なる組成を有するＣＰ間の混合層の損失
や、それら界面の乱れ、また、各層の厚さや屈折率等の
多層構造の形態に関わる要因等によって変わることは既
に述べた通りである。

【００５６】光ファイバの伝送損失を低減するための多
層構造の形態としては、そのコア中心部となる１層目コ
アに伝送損失が小さなＰＭＭＡを高い断面積占有率で配
置すること、即ち、光ファイバ全断面積に占める第１層
目の占有断面積の割合Ｒを大きくすることが好ましい。
なぜなら、光ファイバ内の光の伝搬において、コア中心
部となる１層目コアの利用効率が最も高いためである。

【００５７】この１層目コアの占有断面積Ｒは多層構造
のコアの層数Ｌにも依存しており、コア全面積に対して
占める割合を１００／（Ｌ＋１）％以上とすることが効
果的である。更に望ましくは、１００／Ｌ％以上であ
る。例えば、コアが５層で構成され１層目コアがＭＭＡ
単独重合体からなる多層構造の光ファイバの場合、Ｒは
１６．７％以上、更に好ましくは２０％以上ということ
になる。

【００５８】本発明の光ファイバはその外周に被覆層を
配置して光ファイバケーブルとして使用することができ
る。被覆層としては、従来使用されているナイロン１
２、ポリ塩化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン
共重合体、ポリエチレン、ポリウレタン及びペルプレン
等を用いることができる。また、光ファイバケーブルの
一端または両端部にプラグを取り付けたプラグ付き光フ
ァイバケーブルとして使用することができる。

【００５９】

【実施例】以下実施例により具体的に説明する。尚、実
施例の多層コアの光ファイバにおいて、中心部の層を１
層目、その外側の層を順に２層目、・・、ｎ層目と呼
ぶ。また特に断りのない限り、各（共）重合体は、精製
したモノマーを重合することによって得た。即ち、モノ
マー蒸留精製して化学的不純物を除去した後、更に、
０．１ミクロンのフィルタを用いて大きなサイズのダス
ト粒子を除去する方法でモノマーを精製した。

【００６０】〔実施例１〕１層目コアが直径４６５μｍ
のＰＭＭＡ層、２層目コアが層厚８３μｍの４ＦＭとＰ
ＭＭＡとの２元共重合体であり４ＦＭの重量分率が２０
ｗｔ％である共重合体層、クラッドがフッ素化メタクリ
レート共重合体（「フッ素系共重合体」と略す）層であ
る直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが５
４．３％の光ファイバを多層紡糸法によって製造した
（表１）。

【００６１】ファイバ長５ｍと１ｍでの光量を測定し、
式（２）から限定モード損失を求め、図７の結果を得
た。このファイバの開口角θｃは１７．３度である。こ
のとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード
域では３００[dB/km]であり、１３度付近の高次モード
域では３５４[dB/km]であった。このとき、波長６５０
ｎｍで５０ｍの帯域は５００ＭＨｚであり、２層目の伝
送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が２
割程度向上した。 〔実施例２〕各層の条件を表１の値に設定して実施例１
と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有
率Ｒが５４．３％の光ファイバを製造し、図８の結果を
得た。尚、ＰＭＭＡは未精製のものを用いた。

【００６２】このファイバの開口角は１７．３度であ
る。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次
モード域では３３０[dB/km]であり、１３度付近の高次
モード域では４８０[dB/km]であった。このとき、波長
６５０ｎｍで５０ｍの帯域は６２０ＭＨｚであり、１層
目と２層目の伝送損失が同程度のものより帯域が５割程
度向上した。高次モード域の限定モード損失をもっと大
きくすると、帯域は前述のものよりさらに向上すること
を確認した。

【００６３】〔実施例３〕各層の条件を表１の値に設定
して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コ
アの面積占有率Ｒが３３．３％の光ファイバを製造し、
図９の結果を得た。

【００６４】このファイバの開口角は１６．５度であ
る。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次
モード域では３４０[dB/km]であり、１２度付近の高次
モード域では４４０[dB/km]であった。このとき、波長
６５０ｎｍで５０ｍの帯域は８２０ＭＨｚであり、３層
目と２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のも
のより帯域が３割程度向上した。

【００６５】〔実施例４〕各層の条件を表１の値に設定
して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コ
アの面積占有率Ｒが２０．９％の光ファイバを製造し、
図１０の結果を得た。

【００６６】このファイバの開口角は２０．５度であ
る。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次
モード域では３５０[dB/km]であり、１５度付近の高次
モード域では４７０[dB/km]であった。このとき、波長
６５０ｎｍで５０ｍの帯域は７３０ＭＨｚであり、４層
目〜２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のも
のより帯域が８割程度向上した。

【００６７】〔実施例５〕各層の条件を表１の値に設定
して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コ
アの面積占有率Ｒが５４．３％の光ファイバを製造し、
図１１の結果を得た。

【００６８】このファイバの開口角は１７．３度であ
る。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次
モード域で３５０[dB/km]であり、ファイバの１３度付
近の高次モード域でも３８０[dB/km]であった。このと
き、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は４５０ＭＨｚであ
った。

【００６９】〔実施例６〕各層の条件を表１の値に設定
して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コ
アの面積占有率Ｒが２０．０％の光ファイバを製造し、
図１２の結果を得た。

【００７０】このファイバの開口角は１０度である。こ
のとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード
域では３００[dB/km]であり、３度付近より損失が大き
くなっており７度付近の高次モード域では３３０[dB/k
m]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域
は１８００ＭＨｚであり、５層目〜２層目の伝送損失が
１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が２割程度向
上した。

【００７１】〔実施例７〕各層の条件を表１の値に設定
して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コ
アの面積占有率Ｒが２０．０％の光ファイバを製造し
た。この光ファイバの外周に保護層としてビニリデンフ
ロライドとテトラフルオロエチレンの２０／８０[mol
％]の共重合体を被覆し、さらにその外にポリエチレン
を被覆してケーブル化した。

【００７２】この光ファイバケーブルの限定モード損失
を図１３に示した。このファイバの開口角は、１７．３
度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失
は低次モード域では３００[dB/km]であり、１２度付近
の高次モード域では３４０[dB/km]であった。このと
き、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は１０５０ＭＨｚで
あり、５層目〜２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と
同程度のものより帯域が２割程度向上した。

【００７３】

【表１】

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば開口数を小さすることな
く高帯域性能を達成可能でかつ低損失な光ファイバを提
供することができる。また多層構造の光ファイバは比較
的少ない層数で帯域性能を効率よく向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】限定モード励振伝送損失測定装置の概要を示す
図である。

【図２】２層コアの光ファイバにおいて、１層目と２層
目のコアの界面で全反射して伝搬する光線を示す図であ
る。

【図３】２層コアの光ファイバにおいて、１層目のコア
から２層目のコアに入り、２層目コアとクラッド層との
界面で全反射して伝搬する光線を示す図である。

【図４】２層コアの光ファイバにおいて、１層目と２層
目のコアの伝送損失が同程度である場合の所定距離伝送
後のパルス広がりを表す図である。（ａ）は、１層目と
２層目のコアとの界面で全反射して伝搬する光（１層目
のコア内のみを伝搬する光）である。（ｂ）、は２層目
コアとクラッドとの界面で全反射して伝搬する光（１層
目と２層目のコア内を伝搬する光）である。（ｃ）は、
（ａ）と（ｂ）を合成した図である。

【図５】２層コアの光ファイバにおいて、１層目のコア
より２層目のコアの伝送損失が大きい場合の所定距離伝
送後のパルス広がりを表す図である。（ｄ）は、１層目
と２層目のコアとの界面で全反射して伝搬する光（１層
目のコア内のみを伝搬する光）である。（ｅ）、は２層
目コアとクラッドとの界面で全反射して伝搬する光（１
層目と２層目のコア内を伝搬する光）である。（ｆ）
は、（ｄ）と（ｅ）を合成した図である。

【図６】限定モード損失を示す模式図である。

【図７】実施例１の２層コア光ファイバの限定モード損
失を表す図である。

【図８】実施例２の２層コア光ファイバの限定モード損
失を表す図である。

【図９】実施例３の３層コア光ファイバの限定モード損
失を表す図である。

【図１０】実施例４の４層コア光ファイバの限定モード
損失を表す図である。

【図１１】実施例５の２層コア光ファイバの限定モード
損失を表す図である。

【図１２】実施例６の５層コア光ファイバの限定モード
損失を表す図である。

【図１３】実施例７の５層コア光ファイバの限定モード
損失を表す図である。

【符号の説明】

１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ２ 開口数０．４の対物レンズ ３ 開口数０．１の対物レンズ ４ ＸＹＺθステージ ５ 光ファイバ ６ 直径１５ｃｍの積分球 ７ シリコンフォトダイオード ８ 電流計 ９ パソコン １０ リニアレール １１ １層目のコア １２ ２層目のコア １３ クラッド ２１ 遮光板

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアに屈折率分布を有するプラスチック
   光ファイバであって、レーザ波長５４３ｎｍまたは６３
   ３ｎｍにおける限定モード励振伝送損失測定法におい
   て、コア中心部の屈折率とクラッド層の屈折率から規定
   される開口角をθｃ度とした場合に、入射角θが３〜
   ０．７５θｃ度のいずれかの高次モードの伝送損失が、
   入射角θが０度の低次モードの伝送損失よりも大きい屈
   折率分布型光ファイバ。
2. 【請求項２】 ２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・
   ・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され
   屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・
   ・、ＨＰｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ
   一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる
   （共）重合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有
   し、中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈折率
   が順次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバであ
   って、レーザ波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍにおける
   限定モード励振伝送損失測定法において、コア中心部の
   屈折率とクラッド層の屈折率から規定される開口角をθ
   ｃ度とした場合に、入射角θが３〜０．７５θｃ度のい
   ずれかの高次モードの伝送損失が、入射角θが０度の低
   次モードの伝送損失よりも大きい屈折率分布型光ファイ
   バ。
3. 【請求項３】 高次モードの伝送損失が低次モード伝送
   損失より３０[dB/km]以上大きいことを特徴とする請求
   項１に記載の光ファイバ。
4. 【請求項４】 高次モードの伝送損失が低次モード伝送
   損失より３０[dB/km]以上大きいことを特徴とする請求
   項２に記載の光ファイバ。
5. 【請求項５】 コア中心部となる１層目コアがポリメチ
   ルメタクリレートで構成されてなる請求項２又は請求項
   ４に記載の光ファイバ。
6. 【請求項６】 Ｍ１がメチルメタクリレート、Ｍ２がフ
   ッ素化アルキル（メタ）アクリレートであり、コア中心
   部となる１層目コアがポリメチルメタクリレートで構成
   されてなる請求項２又は請求項４に記載の光ファイバ。
7. 【請求項７】 Ｍ１がメチルメタクリレート、Ｍ２が
   ２，２，３，３テトラフルオロプロピルメタクリレート
   であり、コア中心部となる１層目コアがポリメチルメタ
   クリレートで構成されてなる請求項６に記載の光ファイ
   バ。
8. 【請求項８】 Ｍ１がベンジルメタクリレート、Ｍ２が
   メチルメタクリレートである請求項２又は請求項４に記
   載の光ファイバ。
9. 【請求項９】 Ｍ１がベンジルメタクリレート、Ｍ２が
   メチルメタクリレート、Ｍ３がフッ素化アルキル（メ
   タ）アクリレートである請求項２又は請求項４に記載の
   光ファイバ。
10. 【請求項１０】 コアの層数がＬ層の多層構造の光ファ
    イバであって、コア中心部となる１層目コアがポリメチ
    ルメタクリレートで構成され、この層のコア全体に対す
    る占有面積率Ｒが１００／（Ｌ＋１）％以上であること
    を特徴とする請求項２、請求項４、請求項５、請求項６
    又は請求項７のいずれかに記載の光ファイバ。
11. 【請求項１１】 請求項１〜請求項１０のいずれかに記
    載の光ファイバの外周に被覆層が設けられてなる光ファ
    イバケーブル。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の光ファイバケーブ
    ルの端部にプラグが取り付けられてなるプラグ付き光フ
    ァイバケーブル。