JP2011185986A - マルチコアプラスチック光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】高速通信が可能なプラスチック光ファイバを一体にし、半導体集積光素子との接続を容易にするマルチコアプラスチック光ファイバを提供すること。
【解決手段】少なくとも内層と外層とを有し、内層には複数本の屈折率分布型光伝送単位が配置され、内層は少なくとも１面の略平面部分を有し、内層と外層との間に離形層が設けられているマルチコアプラスチック光ファイバである。前記各伝送単位の外径が５０〜２５０μｍであることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明はマルチコアプラスチック光ファイバに関する。

近年高速通信のための伝送媒体としてプラスチック光ファイバの利用が広がってきている。高速伝送が可能であり、接続が容易であり、破損してもケガの恐れがないなどの特徴が評価されているためである。一方、複数の光ファイバを一体としたマルチコア光ファイバが提案されている（特許文献１参照）。半導体集積光素子との接続が容易になるためである。

特開平１０−１０４４４３号公報

本発明では、高速通信が可能なプラスチック光ファイバを一体にし、半導体集積光素子との接続を容易にするマルチコアプラスチック光ファイバを提供することを目的とする。特に細い光ファイバを簡便に接続できる光ファイバを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明者は以下の発明を提供する。
（１）少なくとも内層と外層とを有し、内層には複数本の屈折率分布型光伝送単位が配置され、内層は少なくとも１面の略平面部分を有し、内層と外層との間に離形層が設けられているマルチコアプラスチック光ファイバ。
（２）前記各光伝送単位の外径が５０〜２５０μｍである（１）に記載のマルチコアプラスチック光ファイバ。

本発明のマルチコアプラスチック光ファイバによれば、高速通信が可能であり、かつ、光ファイバをコネクタ等に簡便に接続できる。

本願発明の一例を示す光ファイバの概略断面図である。 本願発明の一例を示す光ファイバの概略断面図である。

本発明のマルチコアプラスチック光ファイバは、少なくとも内層と外層とを有し、内層と外層との間には離形層が設けられていることを特徴とする。以下に説明のために、図面を適宜参照しながら説明する。なお、特に説明が無い場合、断面とは、光ファイバの長手方向に垂直な方向の断面である。

＜光ファイバの構成＞
図１は本願発明の一例を示す光ファイバの断面図である。光ファイバ１０は、内層１と外層２とを有する。内層１には光伝送単位３が、この場合には４本配置されている。すなわち図１の場合には、４芯のマルチコアプラスチック光ファイバの断面図が示されている。図１の場合には、内層１は、図で示す上下部分に略平面部分を有する。内層１と外層２との間には離形層４が設けられている。
図２は本願発明の他の一例を示す光ファイバの断面図である。図２と図１との違いは内層１の形状と被覆層５の有無である。すなわち図２の場合には、内層１は、図で示す下部分にのみ略平面部分を有する。

＜光伝送単位＞
本発明において、実態として光が伝送される部分は光伝送単位３である。本発明では光伝送単位は屈折率分布型である。本発明において光伝送単位とは、最低限その構成のみでも光伝送が可能な単位という意味である。一般的にはコアとクラッドとからなる単芯の光ファイバと同一の構成である。本発明においては光が伝送される屈折率が高いコア部と、コア部の外周に配置されたコア部より屈折率が低いクラッド部を合わせて光伝送単位とする。

コア部の材質は透明樹脂材料であればよい。ただし赤外領域から紫外領域まで幅広い波長領域にわたって透明であり、光源の選択の自由度が高い点で含フッ素透明樹脂材料が好ましい。代表的な含フッ素透明樹脂材料としては、ペルフルオロブテニルビニルエーテルの重合体、ペルフルオロジメチルジオキソールとテトラフルオロエチレンとの共重合体等が例示できる。コア部は屈折率分布を有している。すなわち中心部の屈折率が高く、周辺部に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるような屈折率分布を有する。屈折率分布形状は略放物線状が好ましい。屈折率分布は透明樹脂材料に適合した高屈折率化剤を、透明樹脂材料中に所定の濃度分布になるように分布させることにより得られる。含フッ素透明樹脂材料に適合する高屈折率化剤としては、クロロトリフルオロエチレンオリゴマー、ペルフルオロトリフェニルベンゼン等が例示できる。

クラッド部の材質はコア部の透明樹脂材料と同一であってもよく、コア部の透明樹脂材料より屈折率の低い透明樹脂材料を採用してもよい。

具体的な光伝送単位の構成としては、透明樹脂材料（コア部とクラッド部とは同一の透明樹脂材料を用いる）に高屈折率化剤を分布させてもよい。またこの構成に、当該透明樹脂材料よりさらに屈折率の低い材料を用意し、外周に配置することが好ましい。光ファイバの曲げ損失を低く抑えることができるためである。

なお本発明においてコア部とは、高屈折率化剤を含まない透明樹脂材料の屈折率とコア部中心で最も屈折率の高い部分との屈折率差を取り、透明樹脂材料の屈折率より屈折率差の５％以上高い屈折率を有する部分とする。コア部が光ファイバの長手方向に垂直な断面で観察した際に略円形であった場合に、コア部の大きさ（直径）は、ニアフィールドパターン法で測定したモードフィールド径とほぼ一致する。ただしニアフィールドパターン法とは、ＪＩＳ−Ｃ６８２２に規定されるニアフィールドパターン法に準拠するものとする。
またクラッド部とはコア部の外周に配置されたコア部より屈折率が低い部分である。屈折率が低い部分が複数層存在する場合には、コア部の外側であって最も屈折率の低い層までをクラッド部とする。内層の材料とクラッド部の材料とは異なることが好ましい。複数の光伝送単位の間で信号の混信が発生しにくいためである。この場合にクラッド部の外径は、光伝送単位の外径を意味する。当該外径は５０〜２５０μｍが好ましく、５０〜１２５μｍがより好ましい。これらの数値範囲は、既に普及している石英系光ファイバの外径と等しく、石英系用に開発された光学素子をそのまま本発明の光ファイバに適用できる点で好ましい。

本発明において、好適な光伝送単位の性能としては、伝送損失が２００ｄＢ／ｋｍ以下（６５０〜１５５０ｎｍの領域）で、帯域が０．５〜２０ＧＨｚ（５０ｍ伝送時）が好ましい。

＜内層＞
本発明において、内層には複数本の光伝送単位が配置される。その数は具体的には２〜８本が好ましく、２〜４本がより好ましい。複数本の光伝送単位の配置は任意であるが、受発光素子の配置を考慮すると、光ファイバの断面で観察した場合に、複数本の光伝送単位が直線状に並ぶように配置することが好ましい。その配置の間隔は光伝送単位の外径の２〜２０倍が好ましく、２〜１０倍がより好ましい。ただし配置の間隔とは、ある光伝送単位の中心と隣り合う光伝送単位の中心との距離とする。例えば光伝送単位の外径が１２５μｍであった場合に、その配置の間隔は、２５０μｍ〜２．５ｍｍが好ましい。この範囲であれば信号の混信も少なく、かつ光ファイバの引っ張り強度も確保しやすい。光伝送体は等間隔直線状に配置されることが好ましい。

内層の形状としては、少なくとも１面の略平面部分を有する。この平面部分を有するとコネクタ等で接続した場合の基準面が得やすい。対向する２面が略平行な平面部分を有するか、１面のみが略平面であることが好ましい。平面部分を２面有していると、コネクタの設計が容易になり、また接続の際の位置合わせ精度を高くしやすい。また１面のみの場合には、複数本配置された光伝送単位の左右を区別しやすくなり、接続ミスを抑制できる。
内層の大きさとしては、特に限定されない。内層の断面形状を略長方形とした場合に、長辺の長さは、光伝送単位の間隔に光伝送単位の本数を乗じた値以上が好ましく、その値の２倍以下が好ましい。また短辺の長さは、光伝送単位の間隔から、その５倍以下が好ましい。例えば、４本の光伝送単位が、２５０μｍ間隔で配置されていた場合に、長辺は１〜２ｍｍが好ましく、短辺は２５０μｍ〜１．２５ｍｍが好ましい。
内層の材料は、比較的引っ張り強度の高い樹脂が好ましい。具体的にはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等が好適に例示できる。
内層と光伝送単位とは、曲げ損失の抑制の観点から、隙間なく密着していることが好ましい。

＜外層＞
本発明のマルチコアプラスチック光ファイバは外層を有する。断面における外層の外周部の形状は円形、楕円形、角が丸みを帯びた長方形等が例示できる。取扱が容易であることから円形が好適である。円形の場合の直径としては、１〜５ｍｍが好ましい。
外層の材料としては、特に制限はない。具体的にはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂等が例示できる。安価で加工しやすいことからポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂が好ましい。
なお、内層と外層の材料は同一でも異なるものであってもよい。

＜離形層＞
本発明のマルチコアプラスチック光ファイバは、内層と外層との間に離形層が設けられている。すなわち内層、外層とは異なる樹脂の層を薄く設ける。この層を設けることによりコネクタ等への接続が容易になる。すなわち通信だけを考慮すれば外層を設ける必要性は低い。特に光ファイバの任意の位置で切断し、そのままコネクタに接続できる内層だけそのまま用いれば、コネクタ等への接続の際に、光ファイバ末端の加工が必要最小限で済むからである。しかし内層は接続用に外形の寸法精度が高く、また細いという特徴を有している。このため実際の取り扱いの上では繊細な取り扱いが必要となる。この不便を解消するために外層を設ける。外層を設ければ光ファイバの引っ張り強度も確保でき、かつ、取り扱いも容易になる。一方で内層と外層とをコネクタ等への接続の際には分離する必要が発生してくる。このため離形層を設けることで接続の作業効率が向上する。

離形層の厚さは１〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましい。離形層の形成は、フィルムやテープを巻く方法、内層の外側に硬化性樹脂を塗布して硬化させる方法、内層の外側に押し出しで形成する方法が例示できる。光ファイバ全体の製造効率を考慮すると押し出し法が好適である。

離形層の材質としては、フィルムやテープの場合には、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂等が例示できる。塗布して硬化させる場合には、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ウレタンアクリレート樹脂等が例示できる。押し出し法の場合には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂等が例示できる。離形層は、内層、外層とは異なる樹脂を用いるが、同系統の樹脂を用いても、特性が異なり、離形（剥離）しやすければ許容できる。

＜被覆層＞
本発明の光ファイバは外層の外側にさらに被覆層が設けられていてもよい。光ファイバが引っ張り強度を要求される場合には、必要に応じてさらにテンションメンバを被覆層の層内またはその外に設けてもよい。

＜光ファイバ＞
本発明の光ファイバは高速通信が可能で、かつ接続が容易である。すなわち外形寸法精度の高い内層とそれを保護する外層とを有することでコネクタ等への接続部分では外層を剥離して接続できる。一方内層には高速通信が可能な屈折率分布型プラスチック光ファイバが配置されている。このため高速通信が簡単に実現できる。本発明の構成は特に細い光伝送単位を採用した際に有効である。細い光伝送単位はそれ単独では作業性が悪い。本発明のように複数本を同一の構成にまとめることで作業性が向上でき、高速通信がより簡便に実現できる。特に電気信号線と併用すると効果的である。すなわち本発明の光ファイバと電気信号線を合わせて１本のケーブルとすると、ケーブルの強度は電気信号線で確保され、通信性能は光ファイバで確保される。また近年の光通信素子の小型化に伴い、既存の電気信号用コネクタの内部に光通信素子を組み込むことが可能となってきている。このような信号系に本発明の光ファイバは有効である。

本発明の光ファイバとして好適な一例を下記に示す。光伝送単位としては、含フッ素透明樹脂材料として、ペルフルオロブテニルビニルエーテルの重合体を用い、高屈折率化剤として、ペルフルオロトリフェニルベンゼンを用いた。さらにこの外周にペルフルオロ−（１−トリフルオロメチル）−３−ブテニル−ビニルエーテルの重合体を配置した（厚さは１０μｍ）。コア径を５０μｍとし、クラッド径を１２５μｍとした。内層としてアクリル樹脂を用いた。光伝送単位は４本配置され、その間隔は２５０μｍであった。内層は対向する２面が略平面の略長方形（短辺部分は略楕円形状）であった。長辺は１．２ｍｍであり、短辺は０．５ｍｍであった。離形層としてシリコーン樹脂を１０μｍの厚さで設けた。外層としてはポリエチレン樹脂を用いた。その断面は円形で、外径は２ｍｍであった。専用のコネクタを作成し、５０ｍの距離で光通信を行った。８５０ｎｍで１００ｄＢ／ｋｍの伝送損失であり、帯域は３ＧＨｚであり、良好な通信性能を示した。

本発明のマルチコアプラスチック光ファイバは、それ単独で用いてもよく、既存の電気信号線と併用してもよい。特に光アクティブ型ケーブル、光電気複合ケーブル、光ケーブル等に好適に展開できる。適合できる規格としては、ＵＳＢやＨＤＭＩが挙げられる。

１ 内層
２ 外層
３ 光伝送単位
４ 離形層
５ 被覆層
１０ 光ファイバ

Claims (2)

1. 少なくとも内層と外層とを有し、内層には複数本の屈折率分布型光伝送単位が配置され、内層は少なくとも１面の略平面部分を有し、内層と外層との間に離形層が設けられているマルチコアプラスチック光ファイバ。
2. 前記各光伝送単位の外径が５０〜２５０μｍである請求項１に記載のマルチコアプラスチック光ファイバ。

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