JP2012212115A - 光ファイバ、光ファイバコードおよび光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】安定して低い伝送損失を実現することができるトレンチ型の光ファイバを提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバは、(1) ファイバ軸中心を含み軸方向に延在するコアと、コアを取り囲む第１光学クラッド層と、第１光学クラッド層を取り囲む第２光学クラッド層と、第２光学クラッド層を取り囲むジャケット層とを備え、(2) ジャケット層に対するコアの比屈折率差Δ１が０.３１％〜０.３７％であり、第１光学クラッド層の比屈折率差Δ２が＋０.０２％以上であり、第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.２％以下であり、Δ１＞Δ２＞Δ３ なる関係を満たし、(3) ジャケット層のＦ濃度が０.０６wt％以上であり、(4) コアの直径ｄ１が7.0μｍ〜7.4μｍであり、コアの直径ｄ１と第１光学クラッド層の直径ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.６である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ、光ファイバコードおよび光ファイバケーブルに関するものである。

特許文献１に記載された光ファイバは、ファイバ軸中心を含み軸方向に延在するコア（半径ｒ１、比屈折率差Δ１）と、コアを取り囲む第１光学クラッド層（半径ｒ２、比屈折率差Δ２）と、第１光学クラッド層を取り囲む第２光学クラッド層（半径ｒ３、比屈折率差Δ３）と、第２光学クラッド層を取り囲むジャケット層とを備える。コア、第１光学クラッド層および第２光学クラッド層それぞれの比屈折率差Δ１〜Δ３は、ジャケット層の屈折率を基準とするものであって、Δ１＞Δ２＞Δ３なる関係を満たす。このような屈折率構造はトレンチ型と呼ばれる。トレンチ型の光ファイバは、曲げ損失が小さく、近年ではＦＴＴｘ（Fiber to the x）における光伝送路として好適に用いられ、曲げが与えられ易い局内配線等で使用されている。

特許文献１には、トレンチ型の光ファイバにおいて、コアの半径ｒ１と第１光学クラッド層の半径ｒ２との比（ｒ１／ｒ２）を０.２２〜０.４とすることで、カットオフ波長が共通する汎用シングルモード光ファイバのモードフィールド径に対する比が０.９８以上であるモードフィールド径を実現することができ、これにより、汎用シングルモード光ファイバと融着接続した際の接続損失を小さくすることができると記載されている。ここで、汎用シングルモード光ファイバは、第２光学クラッド層が設けられておらず、単峰型の略ステップ型の屈折率分布を有する。

国際公開第２００４／０９２７９４号

特許文献１に記載されたようなトレンチ型の光ファイバは、高濃度のＦ元素が添加されて低屈折率とされた第２光学クラッド層がコアの近くに存在することから、レイリー散乱による伝送損失の増大を招き易い。

ところで、近年では、トレンチ型の光ファイバは、使用される領域が拡大しており、比較的長距離の光伝送を行う光伝送路として使用される場合もある。光伝送に際しては伝送エラーを生じさせない為に充分なＯＳＮＲを確保する必要があるが、伝送損失が大きい従来のトレンチ型の光ファイバを光伝送路として用いた場合、充分なＯＳＮＲを確保することは困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、安定して低い伝送損失を実現することができるトレンチ型の光ファイバを提供することを目的とする。また、このような光ファイバを備える光ファイバコードおよび光ファイバケーブルを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、(1) ファイバ軸中心を含み軸方向に延在するコアと、コアを取り囲む第１光学クラッド層と、第１光学クラッド層を取り囲む第２光学クラッド層と、第２光学クラッド層を取り囲むジャケット層とを備え、(2) ジャケット層に対するコアの比屈折率差Δ１が０.３１％〜０.３７％であり、ジャケット層に対する第１光学クラッド層の比屈折率差Δ２が＋０.０２％以上であり、ジャケット層に対する第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.２％以下であり、Δ１＞Δ２＞Δ３ なる関係を満たし、(3) ジャケット層のＦ濃度が０.０６wt％以上であり、(4) コアの直径ｄ１が７.０μｍ〜７.４μｍであり、コアの直径ｄ１と第１光学クラッド層の直径ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.６であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.５であり、波長１.３１μｍにおいて、ファーフィールドパターンのモーメントに基づく定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤが８.４μｍ〜９.２μｍであって、電界分布のモーメントに基づく定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤ１とＭＦＤとの比（ＭＦＤ１／ＭＦＤ）が１.０１５以下であり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％以上であるのが好適であり、零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％以下であるのが好適であり、零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍより大きいのが好適である。

本発明の光ファイバは、ケーブル化前とケーブル化後とで伝送損失の差が０.０５ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、ケーブル化前とケーブル化後とで波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の差が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。

本発明の光ファイバは、ジャケット層を取り囲みヤング率が０.６ＭＰａ以下のプライマリ樹脂層と、プライマリ樹脂層を取り囲みヤング率が１０００ＭＰａ以上であるセカンダリ樹脂層と、を更に備えるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、略ステップ型の屈折率構造を持つ汎用シングルモード光ファイバとの融着接続損失が０.０５ｄＢ以下であるのが好適である。本発明の光ファイバは、プライマリ被覆層とセカンダリ被覆層との外径の比率（P/S）が７５〜９５％であるのが好適である。

本発明の光ファイバコードは上記の本発明の光ファイバを備える。また、本発明の光ファイバケーブルは上記の本発明の光ファイバを備える。

本発明のトレンチ型の光ファイバは、安定して低い伝送損失を実現することができる。

本実施形態の光ファイバの屈折率プロファイルを説明する図である。 本実施形態の光ファイバの諸元を纏めた図表である。 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失とＦ濃度との関係を示すグラフである。 Ｇ.６５７.Ｂ３規格に規定されたＲ５ｍｍ曲げ損失（０.１５ｄＢ／ｔ＠１５５０ｎｍ）を実現するケーブルカットオフ波長λccの下限値とｄ１／ｄ２との関係を示すグラフである。 ＭＦＤ１／ＭＦＤとｄ１／ｄ２との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、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の屈折率プロファイルを説明する図である。本実施形態の光ファイバは、トレンチ型のものであって、ファイバ軸中心を含み軸方向に延在するコア１と、コア１を取り囲む第１光学クラッド層２と、第１光学クラッド層２を取り囲む第２光学クラッド層３と、第２光学クラッド層３を取り囲むジャケット層４とを備える。

ジャケット層４の屈折率を基準として、コア１の比屈折率差をΔ１とし、第１光学クラッド層２の比屈折率差をΔ２とし、第２光学クラッド層３の比屈折率差をΔ３とする。このとき、コア１の比屈折率差Δ１は０.３１％〜０.３７％である。第１光学クラッド層２の比屈折率差Δ２は＋０.０２％以上である。第２光学クラッド層３の比屈折率差Δ３は−０.２％以下である。Δ１＞Δ２＞Δ３＜Δ４なる関係を満たす。

コア１，第１光学クラッド層２，第２光学クラッド層３およびジャケット層４それぞれは、シリカガラスを主成分として、必要に応じて屈折率調整の為の不純物が添加されている。ジャケット層４には低屈折率化の為にＦ元素が添加されており、そのＦ濃度は０.０６wt％以上である。第２光学クラッド層３には、ジャケット層４のＦ濃度より高濃度のＦ元素が添加されている。コア１には高屈折率化の為にＧｅＯ２が添加されている。

コア１の直径をｄ１とし、第１光学クラッド層２の直径をｄ２とし、第２光学クラッド層３の直径をｄ３とする。このとき、コア直径ｄ１は7.0μｍ〜7.4μｍである。比（ｄ１／ｄ２）は０.４〜０.６である。

図２は、本実施形態の光ファイバの諸元を纏めた図表である。同図には、本実施形態の光ファイバのΔ１、Δ２、Δ３、ｄ１、ｄ１／ｄ２、ジャケット層４のＦ濃度、ＭＦＤ１／ＭＦＤ、およびＭＦＤ（波長１３１０ｎμｍ）それぞれについて、最適値、好ましい範囲および本発明の効果を得ることが出来る範囲（請求項1で規定する範囲）が示されている。

なお、ＭＦＤ１およびＭＦＤは、何れも光ファイバにおける界分布の拡がりを表すモードフィールド径であるが、定義式が異なる。モードフィールド径ＭＦＤ１は、電界分布のモーメントに基づく定義に拠るものであって、下記（１）式で計算されるＷｍの２倍である。モードフィールド径ＭＦＤは、ファーフィールドパターンのモーメントに基づく定義に拠るものであって、下記（２）式で計算されるＷｐの２倍である。これらの式において、ｒは径方向位置を表す変数であり、φ(ｒ)は径方向の電界分布である。

一般に、トレンチ型の光ファイバは、コアに近い第２光学クラッド層に高濃度のＦ元素が添加されていることから、汎用シングルモード光ファイバと比べて伝送損失が大きい傾向にある。これに対して、本実施形態の光ファイバは、ジャケット層４に０.０６wt％以上のＦ元素が添加されていることから、ジャケット層４の粘性が低下し、これによって決定される仮想温度が低下するので、線引き張力を同じとした条件で線引を実施した際にガラスの構造欠陥に由来するレイリー散乱が低下し、その結果として伝送損失が低下する。本実施形態の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０.１９５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。

図３は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失とジャケット層が含むＦ濃度との関係を示すグラフである。この図に示されるように、Ｆ濃度が０.０７wt%であるとき伝送損失の中央値は０,１８９ｄＢ／ｋｍであり、Ｆ濃度が０.０６wt%であるとき伝送損失の中央値は０,１９０ｄＢ／ｋｍであり、Ｆ濃度が０.００wt%であるとき伝送損失の中央値は０,１９８ｄＢ／ｋｍである。このように、Ｆ濃度が高いほど伝送損失が小さい。

粘性低下の為にジャケット層４にＦ元素が添加されることで、ジャケット層４の屈折率は低下する。しかし、ｄ１／ｄ２を適切に設定することにより、等曲げ損失におけるケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができ、国際規格ＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５７.Ａ２またはＧ.６５７.Ｂ３に準拠するファイバを得ることが可能である。本実施形態の光ファイバは、ジャケット層４のＦ濃度を０.０６wt％以上とし、且つ、ｄ１／ｄ２を０.３３〜０.６の範囲とすることで、カーブルカットオフ波長λccが最も短くなる。より好ましくはｄ１／ｄ２＝０.４〜０.５である。

一般に、光ファイバの曲げ損失を小さくすることとケーブルカットオフ波長λccを短くすることとはトレードオフの関係にある。また、ケーブルカットオフ波長λccはコア径と比例関係にある。したがって、等曲げ損失におけるケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができれば、コア径の製造トレランスを拡大することができる。本実施形態の光ファイバは、ｄ１／ｄ２を適切に設定することにより、等曲げ損失におけるケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができる。

図４は、ＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５７.Ｂ３に規定されたＲ５ｍｍ曲げ損失（０.１５ｄＢ／ｔ＠１５５０ｎｍ）を実現するケーブルカットオフ波長λccの下限値とｄ１／ｄ２との関係を示すグラフである。ここでは、Δ１＝０.３４％、Δ２＝０.０２％、Δ３＝−０.７％ とした。同図に示されるとおり、曲げ損失の規格を満たすケーブルカットオフ波長λccの下限値は、ｄ１／ｄ２に依存し、０.４〜０.５の範囲において最も短波長となる。すなわち、本実施形態の光ファイバは、シングルモード動作波長範囲の下限が拡大されている。

また、本実施形態の光ファイバは、ｄ１／ｄ２を適切に設定することにより、ＭＦＤ１をＭＦＤに比べ有為に小さくすることができる。ＭＦＤ１が小さいほどマイクロベンド損失の増加を抑制することができるので、ｄ１／ｄ２を調整することで、接続損失に関係するＭＦＤを一定に保ちつつ、ＭＦＤ１を小さくすることができる。図５は、ＭＦＤ１／ＭＦＤとｄ１／ｄ２との関係を示すグラフである。

本実施形態の光ファイバは、ｄ１／ｄ２を０.４〜０.７とすることで、ＭＦＤ１／ＭＦＤを１.０１５以下と有為に低減することができる。さらにｄ１／ｄ２を０.４１〜０.６３とすることで、ＭＦＤ１／ＭＦＤを１.０１３以下とすることができるので好ましい。これにより、ケーブルによる側圧によるマイクロベンド損失の増加も防止することができる。さらにΔ３が低いほど、等曲げ損失のケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができる。Δ３を−０.２％以下とすることで、ＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５７.Ａ２またはＢ３を満足する光ファイバが得られる。

以上のように、本実施形態の光ファイバは、伝送損失、マクロベンド損失（曲げ損失）、マイクロベンド損失および接続損失が低減されたものとなる。また、このような光ファイバを備えて構成される光ファイバコードまたは光ファイバケーブルも伝送損失が低減されたものとなる。

本実施形態の光ファイバの更に好適な態様は以下のとおりである。本実施形態の光ファイバは、比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.５であり、波長１.３１μｍにおけるＭＦＤが８.４μｍ〜９.２μｍであって、比（ＭＦＤ１／ＭＦＤ）が１.０１５以下であるのが好適である。これにより、ケーブルカットオフ波長λccの短波長化およびＭＦＤ１の低減を図ることができる。

本実施形態の光ファイバは、第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％以上であるのが好適であり、また、零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であるのが好適である。Δ３が低いほど、等曲げ損失のケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができるが、零分散スロープが大きくなり、ＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５２の範囲を逸脱する。これに対して、Δ３を−０.６％以上とすることで、零分散スロープをＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５２の範囲とすることができ、且つ、等曲げ損失におけるケーブルカットオフ波長λccの短波長化を図ることができる。

本実施形態の光ファイバは、第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％以下であるのが好適であり、また、零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍより大きいのが好適である。Δ３が低いほど、等曲げ損失のケーブルカットオフ波長λccを短波長化することができる。Δ３を−０.６％以下することで、有為なケーブルカットオフ波長λccの短波長化を図ることができる。機器内配線などＩＴＵ-Ｔ.Ｇ.６５２への準拠が求められない光ファイバとして好適に用いることができる。

本実施形態の光ファイバは、ケーブル化前とケーブル化後とで伝送損失の差が０.０５ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。また、ケーブル化前とケーブル化後とで波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の差が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。本実施形態では、ＭＦＤ１／ＭＦＤを小さくすることで、等ＭＦＤにおけるマイクロベンド損失を低減することができる。

本実施形態の光ファイバは、ジャケット層４を取り囲みヤング率が０.６ＭＰａ以下のプライマリ樹脂層と、プライマリ樹脂層を取り囲みヤング率が１０００ＭＰａ以上であるセカンダリ樹脂層と、を更に備えるのが好適である。このようなプライマリ樹脂層およびセカンダリ樹脂層の物性とすることで、マイクロベンドによる伝送損失の増大をより好適に抑制することができる。

さらに、上記樹脂のヤング率特性を維持しつつ、プライマリ被覆層とセカンダリ被覆層の外径の比率（P/S）が75〜95％とする事で、素線径が２２０μｍ以下と細径でありマイクロベンド損失も低減したファイバを実現できる。

本実施形態の光ファイバは、略ステップ型の屈折率構造を持つ汎用シングルモード光ファイバとの融着接続損失が０.０５ｄＢ以下であるのが好適である。本実施形態では、ＭＦＤ１を小さくしてもＭＦＤを一定値に保つことができるので、接続損失を小さく抑制することができる。本実施形態の光ファイバは、例えば波長１.３１μｍにおけるＭＦＤを８.６μｍとした場合、汎用シングルモード光ファイバとの融着接続損失を０.０５ｄＢ以下とすることができる。

１…コア、２…第１光学クラッド層、３…第２光学クラッド層、４…ジャケット層。

Claims (13)

1. ファイバ軸中心を含み軸方向に延在するコアと、前記コアを取り囲む第１光学クラッド層と、前記第１光学クラッド層を取り囲む第２光学クラッド層と、前記第２光学クラッド層を取り囲むジャケット層とを備え、
   前記ジャケット層に対する前記コアの比屈折率差Δ１が０.３１％〜０.３７％であり、前記ジャケット層に対する前記第１光学クラッド層の比屈折率差Δ２が＋０.０２％以上であり、前記ジャケット層に対する前記第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.２％以下であり、Δ１＞Δ２＞Δ３なる関係を満たし、
   前記ジャケット層のＦ濃度が０.０６wt％以上であり、
   前記コアの直径ｄ１が７.０μｍ〜７.４μｍであり、前記コアの直径ｄ１と前記第１光学クラッド層の直径ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.６である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. 比（ｄ１／ｄ２）が０.４〜０.５であり、
   波長１.３１μｍにおいて、ファーフィールドパターンのモーメントに基づく定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤが８.４μｍ〜９.２μｍであって、電界分布のモーメントに基づく定義に拠るモードフィールド径ＭＦＤ１とＭＦＤとの比（ＭＦＤ１／ＭＦＤ）が１.０１５以下であり、ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ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. 前記第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
4. 零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／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。
5. 前記第２光学クラッド層の比屈折率差Δ３が−０.６％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。
6. 零分散スロープが０.０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
7. ケーブル化前とケーブル化後とで伝送損失の差が０.０５ｄＢ／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。
8. ケーブル化前とケーブル化後とで波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の差が０.０２ｄＢ／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。
9. 前記ジャケット層を取り囲みヤング率が０.６ＭＰａ以下のプライマリ樹脂層と、前記プライマリ樹脂層を取り囲みヤング率が１０００ＭＰａ以上であるセカンダリ樹脂層と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
10. 略ステップ型の屈折率構造を持つ汎用シングルモード光ファイバとの融着接続損失が０.０５ｄＢ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。
11. プライマリ被覆層とセカンダリ被覆層との外径の比率（P/S）が７５〜９５％である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の光ファイバを備える光ファイバコード。
13. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の光ファイバを備える光ファイバケーブル。
    

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