JP2012255935A

JP2012255935A - 光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブル

Info

Publication number: JP2012255935A
Application number: JP2011129247A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Goto; 幸弘五藤; Kazuhide Nakajima; 和秀中島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】所望の伝送損失とＭＦＤ特性とを満たすとともに、クラッドの断面積を最小とすることができ、これにより単位断面積当たりのコアの充填効率を最大とする低損失高密度の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルを提供する。
【解決手段】同一クラッド内に複数のコアを配置するマルチコア構造において、クラッド１の外周に最も近接して配置されるコア２の比屈折率差Δと直径２ａを、所望の曲げ損失特性を実現する構造範囲とすると同時に、コア２の比屈折率差Δと直径２ａと、コア中心とクラッド外周との距離ｄとを、閉じ込め損失α_C 及び波長λにおけるＭＦＤ（２Ｗ）を用いて表される以下の式（１）を満たすようにすることにより、上記課題を解決する手段としている。
【数１】

【選択図】図１

Description

本発明は、例えば単一モード光通信に供する光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルに関するものである。

Fiber To The Home（FTTH）の進展に伴い、光線路設備の建設、保守、並びに運用作業を効率化する技術は益々重要となっている。特に、光線路設備が集約されるビル内及び構内設備では、接続・分岐点における光ファイバ心線の輻輳と、同一光ケーブル内における実装心線数の増加が問題となる。このため、接続・分岐点における占有体積を縮小した小型光ファイバコネクタや、光ケーブル内の光ファイバ実装密度を向上した高密度光ケーブルなどが開発されている。しかし、単位断面積当たりにおける光ファイバ心線の実装数あるいは多重効率は、光ファイバの幾何学的な外径寸法により制限される。

また、FTTHの進展によるデータ通信容量の増加は、基幹系伝送路における更なる容量需要の拡大を促す。このため、光ファイバ１芯当たりの伝送容量の拡大を目的とし、実効断面積を拡大した光ファイバなどが開発されている。しかし、高強度光の入力時に発生する光ファイバ自身の損傷を回避することは困難となっている。

このため近年、限られた空間内における光ファイバ心線の効率的な集約、あるいは空間多重度の向上による伝送容量の拡大を目的とし、同一クラッド内に複数のコアを配置するマルチコア構造の光ファイバに関する研究開発が行われている（例えば、非特許文献１及び２参照）。

マルチコア光ファイバの幾何学的な構造条件は、伝送損失と密接な関係を有する。即ち、断面内に任意の配列構造を有するマルチコア光ファイバの伝送損失は、クラッド外周の最も近傍に配置されたコアの特性により決定され、当該コアの伝送損失特性は、クラッド外周までの距離に依存して変化する。しかしながら、前記伝送損失と、モードフィールド径（MFD：Mode Field Diameter）特性と、クラッド外周までの距離との関係は十分明らかにされていないといった課題があった。また、任意の比屈折率差Δ及び直径２ａを有するコアに対する、前記伝送損失と、ＭＦＤ特性と、クラッド外周までの距離との関係についても十分明らかにされていないといった課題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、同一クラッド内に複数のコアを配列して構成される光ファイバにおいて、コア中心からクラッド外周までの最小距離を好適にすることにより、所望の伝送損失とＭＦＤ特性とを満たすとともに、クラッドの断面積を最小とすることができ、これにより単位断面積当たりのコアの充填効率を最大とする低損失高密度の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の光ファイバ及び光ファイバケーブルでは、同一クラッド内に複数のコアを配置するマルチコア構造において、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａを、所望の曲げ損失特性を実現する構造範囲とすると同時に、コアの比屈折率差Δと直径２ａと、コア中心とクラッド外周との距離ｄとを、閉じ込め損失α_C 及び波長λにおけるＭＦＤ（２Ｗ）を用いて表される以下の式（１）を満たすように構成することにより、上記課題を解決する手段としている。

ここで、ｃ₁ 及びｃ₂ はクラッド外周までの距離ｄの関数により表される係数である。

また、Ｖは前記コアの規格化周波数であり、コアの直径２ａ及び比屈折率差Δ、並びにコアの屈折率ｎ₁ を用いて以下の式（２）により記述される。

本発明の光ファイバ及び光ファイバケーブルによれば、複数のコアを同一クラッド内に任意に配置した構造を有する光ファイバにおいて、所望の伝送損失特性と、所望のＭＦＤ特性とを実現し、かつクラッドの断面積を最小とし、光配線空間の利用効率の改善を可能とするといった効果を奏する。また、クラッド断面積の最小化は、即ち単位断面積当たりのコアの充填密度を最大化することを可能とするため、限られた空間で取り扱い可能となるコア数の最大化、更には空間多重度の向上による伝送容量の拡大にも効果を奏する。

本発明の一実施形態を示す光ファイバの概略断面図光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と閉じ込め損失との関係を表す図光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と曲げ損失の関係とを表す図光ファイバにおける許容閉じ込め損失と曲げ損失の増加量との関係を表す図光ファイバにおける閉じ込め損失と２Ｗ／Ｖとの関係についてクラッド外周までの最小距離ｄをパラメータとして示した図

以下、本発明の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルの一実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す光ファイバの概略断面図である。本実施形態の光ファイバは、屈折率が均一なクラッド１と、クラッド１内に任意に配置された複数のコア２とを有する。ここで、コア２の直径を２ａ、任意のコア２の中心からクラッド１の外周までの最小距離をｄとして定義する。図１では、一例として７個のコア２が等間隔に六角格子状に配置された形態を示しているが、例えば、八角格子状や直線状など任意の配列形態を取ることが可能である。また、配列されるコア２は必ずしも同一のコア半径や比屈折率差を有する必要はなく、隣接するコア２間の距離も任意に設定することが可能である。以下では、コア２がクラッド１に対する比屈折率差がΔであるステップ型の屈折率分布を有する場合について説明する。

図２は、本実施形態の光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と波長１６２５ｎｍにおける閉じ込め損失α_C との関係を表す図である。図中の実線、点線及び一点鎖線は、それぞれコアの直径２ａと比屈折率差Δの異なるコア構造を用いた場合の結果を表す。以下の表１に各コア構造を示す。

ここで、コアＡは、波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、０．１ｄＢ／１００巻き以下の曲げ損失特性を実現することができる。これは、非特許文献３に規格化された通常の１．３μｍ帯零分散単一モード光ファイバの曲げ損失特性を満たす。一方、コアＢ及びＣは、波長１６２５ｎｍにおいて、それぞれ曲げ半径１５ｍｍで０．１ｄＢ／１０巻き以下、及び曲げ半径５ｍｍで０．４５ｄＢ／１巻き以下の、より好ましい低曲げ損失特性を実現することができる。

図２より、いずれのコアを用いた場合も閉じ込め損失はクラッド外周までの最小距離ｄの減少に伴い増加することが分かる。従って、例えば許容する閉じ込め損失の上限を０．０１ｄＢ／１００ｋｍとする場合、各コアにおける閉じ込め損失によるクラッド外周までの最小距離ｄは、それぞれ５１μｍ、４４μｍ及び３６μｍに制限されることとなる。

図３は本実施形態の光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失の関係を表す図である。なお、図３はコアＡを用いた場合の特性を示す。図３より、コアＡを用いた光ファイバにおける曲げ損失は、クラッド外周までの最小距離ｄが約３７μｍ以下となる領域で増加することが分かる。

図４は本実施形態の光ファイバにおいて、許容する閉じ込め損失を変化させた時の曲げ損失の増加量（相対曲げ損失Δα_b ）との関係を示した図である。図中の実線はコアＡを用いた時の特性を表す。この結果から、許容閉じ込め損失が約０．１ｄＢ／ｋｍ以上となる場合、クラッド外周までの最小距離の低減に伴う曲げ損失の増加が生じることが分かる。一方、破線は、コアＢ及びＣを用いたときの特性を表し、許容閉じ込め損失が１ｄＢ／ｋｍ以下である場合、曲げ損失の増加は認められなかった。従って、許容閉じ込め損失を０．１ｄＢ／ｋｍ未満とし、通常の１．３μｍ帯零分散単一モード光ファイバと同等以上となる曲げ損失特性を実現するコア直径と比屈折率差とを設定することにより、クラッド外周までの最小距離ｄの低減に伴う曲げ損失の増加を回避できることが分かる。

図５は本実施形態の光ファイバにおける閉じ込め損失とコア直径２ａ及び比屈折率差Δにより決定されるＭＦＤ（２Ｗ）と規格化周波数Ｖとの比率の関係について、クラッド外周までの最小距離ｄをパラメータとして示す図である。図中の３本の実線は、前記最小距離ｄが３０μｍ、４０μｍ及び５０μｍの場合の結果を示す。また、規格化周波数Ｖは、コア直径２ａ、比屈折率差Δ及びコアの屈折率ｎ₁ を用いて以下の式（３）により定義される。

図５から任意の前記クラッド外周までの最小距離ｄにおける閉じ込め損失と２Ｗ／Ｖの関係は、式（４）に示す累乗の関数で記述できることが分かる。

ここで、式（４）中のｃ₁ 及びｃ₂ はクラッド外周までの最小距離ｄの関数で表される係数であり、本実施形態におけるｃ₁ 及びｃ₂ は、それぞれ式（５）及び（６）により記述することができる。

尚、本実施形態では、ステップ型の屈折率分布を有するコアを一例として説明したが、任意の屈折率分布を有するコアの規格化周波数Ｖは、等価規格化周波数Ｔとして取り扱うことができる（例えば、非特許文献４参照）。従って、本実施形態の光ファイバには、任意の屈折率分布を有するコアを適用することも可能である。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバによれば、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａを、所望の曲げ損失特性を実現する構造範囲とすると同時に、前記コアの比屈折率差Δと直径２ａとが、前記式（２）〜（４）を満たすようにすることにより、所望の閉じ込め損失α_C 及び波長λにおける所望のＭＦＤ特性とを満たし、かつクラッド外周までの距離ｄを最小とすることが可能となる。

また、この低曲げ損失高密度光ファイバ心線を、例えば、複数本撚り合わせて、その外周に複数枚のテープ状材料をケーブルの長手方向に直線状に配置、またはらせん状に巻きつけて光ケーブルコアを構成し、その外周に外被材料を施した光ファイバケーブルとすることで、高密度な光ファイバケーブルを作製することができる。

更に、高密度の光ファイバケーブルの場合には、前記光ファイバ心線を、例えば、複数本ストレートまたは撚り合わせて、その外周に着色された糸などを巻き光ファイバユニットを形成し、この光ファイバユニットを複数本撚り合わせ、その外周に複数枚のテープ状材料をケーブルの長手方向に直線状に配置、またはらせん状に巻きつけて光ケーブルコアを構成し、その外周に外被材料を施した光ファイバケーブルとすることで、多数の光ファイバテープを実装しても着色された糸を用いて光ファイバユニットを識別することが可能となり、心線識別性に優れ、接続作業を容易に行うことが可能な光ファイバケーブルを作製することができる。

また、この低曲げ損失高密度光ファイバ心線を、複数スロットロッド内に収容したのちに押さえ巻きを施して光ケーブルコアを形成し、その外周に外被を施したことを特徴とする光ファイバケーブルとすることで、多数の光ファイバテープを実装してもスロットごとに光ファイバテープを識別することが可能となり、心線識別性に優れ、接続作業を容易に行うことが可能な光ファイバケーブルを作製することができる。

１…クラッド、２…コア。

K. Imamura, et al., in Proc. OFC’09, OTuC3 (2009). B. Zhu, et al., Opt. Express, 18, p. 11117 (2010). ITU-T, Recommendation G.652. M. Ohashi, et al., J. Lightwave Technol, LT-3, p.110 (1985).

Claims

屈折率が均一なクラッドと、クラッド内に任意の配列で配置された少なくとも２つのコアとを有する光ファイバであって、
前記クラッド径の外周から前記コアの中心までの距離ｄと、モードフィールド径２Ｗと規格化周波数Ｖとコアの閉じ込め損失α_C との関係を用いて、所望の伝送損失とＭＦＤ特性とを満たすとともに、クラッドの断面積を最小とする
ことを特徴とする光ファイバ。
前記クラッドの外周から前記コアの中心までの距離ｄと、コアの閉じ込め損失α_C と、モードフィールド径２Ｗと、規格化周波数Ｖとの関係が、下記の式（１）、式（２）、式（３）及び式（４）を満たす
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
請求項１または２記載の光ファイバを複数本撚り合わせ、
複数本撚り合わせた光ファイバの外周に外被材料を施した
ことを特徴とする光ファイバケーブル。