JP2013127608A - 光ファイバおよび光伝送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】光アクセスネットワークの光伝送路として好適に用いられる安価で低損失の光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１は、石英ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コア１１と、この中心コアを囲む光学クラッド１２と、この光学クラッドを囲むジャケット１３と、を備え、中心コアは、ＧｅＯ２を含み、光学クラッドを基準とした相対屈折率差Δcoreが０.３５％以上０.５０％以下であり、屈折率体積ｖが４.５％・μｍ２以上９.５％・μｍ２以下であり、ジャケットは、光学クラッドを基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下であり、中心コアを構成するガラスの仮想温度が１４００〜１５９０℃であり、中心コアに残留する応力が圧縮応力であり且つその絶対値が５ＭＰａ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバおよび光伝送システムに関するものである。
次世代の光伝送システムとしてLong-Reach ＰＯＮ（passive optical network）と呼ばれる光アクセスネットワークが注目されている（非特許文献１参照）。この光伝送システムは、電話局側の終端装置（ＯＬＴ: optical line terminal）からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置（ＯＮＵ: optical network unit）へ信号光を伝送するＰＯＮ伝送システムであって、１つのＯＬＴから信号光を伝送することができるＯＮＵまでの光伝送路の距離を延長して、通信コストの低減に寄与し得るものである。
このような光伝送システムにおいて、ＯＳＮＲ (Optical Signal toNoise Ratio)を保持しつつ通信距離を伸ばすには、低損失の光ファイバを用いることが望ましい。低損失の光ファイバとしては、純シリカからなるコアを有する光ファイバが知られている（非特許文献２参照）。しかし、純シリカコア光ファイバは、一般に高価であるという経済的な理由により、光アクセスネットワークへの導入は進んでいない。
また、汎用に用いられる光ファイバの低損失化を図る技術が知られている（非特許文献３および特許文献１を参照）。この技術は、光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する際に該光ファイバを徐冷することでガラスファイバの仮想温度を低減し、光ファイバにおけるレーリー散乱を低減して低損失化を図る。
特開２００６−５８４９４号公報 特開２００９−１６８８１３号公報
G. Talli, et al., JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.24, No.7, pp.2827-2834 (2006) M. Kato, et al., Electron. Lett.,Vol.35, No.19 (1999) S. Sakaguchi, et al., AppliedOptics, Vol.37, No.33, pp.7708-7711 (1998) M. Ohashi, et al., IEEE PhotonicsTechnology Letters, vol.5, No.7, pp.812-814 (1993) K. Saito, et al., J. Am. Ceram. Soc.,Vol.89[1], pp.65-69 (2006) D.-L. Kim, et al., J. Non-Cryst. Solids,Vol.286, pp.136-138 (2001)
しかしながら、本発明者は、中心コアがＧｅＯ２を含む場合、徐冷によりガラスの仮想温度を低減してレーリー散乱を低減しても、レーリー散乱以外の損失成分（以降「余剰損失」という。）が増加する場合があり、必ずしも低損失な光ファイバを得られるとは限らないことを見出した。
本発明者の知る限り、ガラスの徐冷による光ファイバの低損失化について記載された非特許文献３および特許文献１や、中心コアとクラッドとの粘度整合による光ファイバの低損失化について記載された非特許文献４等には、中心コアにＧｅＯ２が添加されている光ファイバの余剰損失と中心コアの残留応力との関係については言及されていない。
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、光アクセスネットワークの光伝送路として好適に用いられる安価で低損失の光ファイバ、および、このような光ファイバが伝送路として敷設された光伝送システムを提供することを目的とする。
本発明の光ファイバは、石英ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コアと、この中心コアを囲む光学クラッドと、この光学クラッドを囲むジャケットと、を備え、中心コアは、ＧｅＯ２を含み、光学クラッドを基準とした相対屈折率差Δcoreが０.３５％以上０.５０％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（１）式で表される屈折率体積ｖが４.５％・μｍ２以上９.５％・μｍ２以下であり、ジャケットは、光学クラッドを基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下であり、中心コアを構成するガラスの仮想温度が１４００℃以上１５９０℃以下、好ましくは１５６０℃以下、より好ましくは１５３０℃以下であり、中心コアに残留する応力が圧縮応力であり且つその絶対値が５ＭＰａ以上であることを特徴とする。
Figure 2013127608
本発明の光ファイバは、２ｍファイバカットオフ波長が１２６０ｎｍ以上であり、２２ｍケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８.２〜９μｍであり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。ファイバ軸に垂直な断面においてジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であるのが好適である。中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であるのが好適である。更に好ましくは中心コアに残留する応力の絶対値が１０ＭＰａ以下である。波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。中心コア部にフッ素が添加されているのが好適である。また、ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であるのが好適である。
本発明の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.００２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.１ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が０.５ｄＢ／turn以下であるのが好適である。また、本発明の光ファイバは、波長１６２５ｎｍにおいて、曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.０１ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.４ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が１ｄＢ／turn以下であるのが好適である。
本発明の光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤ[μｍ]と２ｍファイバカットオフ波長λc[μｍ]との比であるＭＡＣ値（＝ＭＦＤ／λc）が６.６以下であるのが好適である。長さ１０ｋｍ以上のファイバを１４０φボビンに巻いた状態で測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_Bとし、束状態にして測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_tとしたときに、両者の伝送損失の差α_B−α_tが０.０１ｄＢ／ｋｍより小さいのが好適である。また、本発明の光ファイバは、素線外径が２１０μｍ以下とし断面積を削減し敷設後の空間利用効率を上昇させることが可能である。その際、破断を防止する観点から二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。
本発明の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置からスプリッタまでの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１に記載の光ファイバが敷設されていることを特徴とする。
或いは、本発明の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、スプリッタから加入者宅側の終端装置までの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１に記載の光ファイバが敷設されていることを特徴とする。
或いは、本発明の光伝送システムは、送信機から受信機へ信号光を伝送する光伝送システムであって、送信機から受信機までの光伝送路の距離が４０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１に記載の光ファイバが敷設されていることを特徴とする。
或いは、本発明の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置から加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で請求項１に記載の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行わないことを特徴とする。
或いは、本発明の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置から加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で請求項１に記載の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行うことを特徴とする。
本発明によれば、光アクセスネットワークの光伝送路として好適に用いられる安価で低損失の光ファイバが提供される。
光ファイバ１の断面図である。 ＧｅＯ２がコアに含有された光ファイバの到達可能な仮想温度のＬ／Ｖ依存性を示すグラフである。 光ファイバの伝送損失の仮想温度依存性を示すグラフである。 余剰損失のコアの残留応力依存性を示すグラフである。 光ファイバの残留応力の径方向分布を示すグラフである。 ラマン強度とラマンシフト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、光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、ＳｉＯ２ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コア１１と、この中心コア１１を囲む光学クラッド１２と、この光学クラッド１２を囲むジャケット１３とを備える。中心コア１１は、ＧｅＯ２を含み、更にフッ素元素を含んでいてもよい。光学クラッド１２は、中心コア１１の屈折率より低い屈折率を有する。光学クラッド１２は、純ＳｉＯ２ガラスであってもよいし、フッ素元素が添加されたＳｉＯ２ガラスからなってもよい。ジャケット１３は、純ＳｉＯ２ガラスで構成され、塩素元素を含んでいてもよい。
光ファイバ１のレーリー散乱を低減することで、光ファイバ１の損失を低減することができる。レーリー散乱を低減するには、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減することが有効である。ガラスの仮想温度の低減する方法として以下のような第１の方法および第２の方法がある。
光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第１の方法は、光ファイバ母材を線引して光ファイバ１を製造する際に、紡糸された光ファイバの冷却速度を遅くすることで、ガラスのネットワークの構造緩和を進めて、ガラスの仮想温度を低減する方法（徐冷法）である。また、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第２の方法は、中心コア１１の構造緩和を促進しつつ光吸収により伝送損失を増大しない微量の添加物を中心コア１１に添加して、ガラスの仮想温度を低減する方法である。
光ファイバ１は、上記の第１の方法および第２の方法の何れによりレーリー散乱が低減されてもよく、また、両方法が適宜に組み合わされてレーリー散乱が低減されてもよい。以下では徐冷法について説明する。
光ファイバ１の製造方法は以下のとおりである。先ず、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤといった気相ガラス合成法により光が導波するコアを作成し、該コアの周囲にＶＡＤ、ＯＶＤ、ＡＰＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法によりジャケット層を形成して、光ファイバ母材を形成する。ここでコアとジャケットとの間に更に、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法により中間光学クラッド層を設けても良い。このようにして作成した光ファイバ母材を線引タワーに把持し、下端部を作業点以上の温度に加熱し、溶融したガラスを適宜延伸して紡糸し、紡糸した光ファイバの外径を制御しながら、樹脂を付着させるダイス、樹脂を硬化させるＵＶ炉等を経て光ファイバ素線となし、その光ファイバ素線を巻き取りボビンにより巻き取る。
一般的に光ファイバ１ではジャケット１３の外周に樹脂被覆層が設けられる。樹脂被覆層は、２層構造を有しており、外力が直接にガラスファイバに伝わらないようにする一次被覆層と、外傷を防止する二次被覆層とを含む。それぞれの樹脂層を塗布するダイスは紡糸工程において直列的に配置されても良い。また、２層を同時に排出するダイスにより塗布しても良く、この場合、線引タワーの高さを低くすることができるので、線引建屋の建造コストを軽減することができる。
また、紡糸後のガラスファイバの冷却速度を制御する装置を線引炉とダイスとの間に設けることで、ダイスに入る際のガラスファイバの表面温度を好適な温度に制御することができる。冷却速度を制御する装置内に流すガスのレイノルズ数は低いほうが、紡糸したファイバへ与えられる乱流の発生による振動が軽減されるので望ましい。また、ガラスファイバの冷却速度を制御することで、レーリー散乱を低減し、伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。
樹脂を硬化させるためのＵＶ炉は、ＵＶ光の強度のほかに炉内部の温度をフィードバック制御することで、樹脂の硬化速度を適切に制御することができる。ＵＶ炉としては、マグネトロンや紫外ＬＥＤが好適に用いられる。紫外ＬＥＤを用いる場合は、光源そのものは発熱しないので、炉内の温度が適切になるように温風を入れる機構が別途備えられる。また、樹脂から脱離する成分がＵＶ炉の炉心管の内面に付着し、被覆層に到達するＵＶ光のパワーが線引中に変化するので、予め線引中のＵＶ光パワーの減少度合いをモニタし、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように、線引時間によりＵＶ光パワーを調節しても良い。また、炉心管から漏れ出るＵＶ光をモニタして、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように制御しても良い。これにより、光ファイバ全長において均質な光ファイバの破断強度を得ることができる。
２層の被覆層のうち二次被覆層の厚さは、耐外傷性を保持できるよう、適切に設定することが好ましい。一般に、二次被覆層の厚みは、１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上であることが好ましい。
このようにして製造され巻き取りボビンにより巻き取られた光ファイバ１は、必要に応じて被覆層に着色され、光ケーブルや光コードといった最終製品として使用される。
特に本実施形態では、線引炉において紡糸された光ファイバは、線引炉の下端部である急冷部および加熱炉を経てダイスに入る。急冷部は、溶融された光ファイバ母材の下端部において母材径の９０％の径から５％の径になるまでのテーパー部分から、紡糸された光ファイバが温度１４００℃になる部分までを、連続的に１０００〜２００００℃／ｓの冷却速度で冷却する。加熱炉は、紡糸された光ファイバが実質的に線引炉から出る面（線引炉出口）より下部に設けられている。線引炉の出口から加熱炉の入口までの距離は１ｍ以下である。線引炉の出口から加熱炉に入口までの間は、紡糸された光ファイバの温度の低下を防止する保温構造となっていることが望ましい。加熱炉に入る際の光ファイバの温度は、１０００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは１４００℃以上である。
これにより、加熱炉において光ファイバが再加熱され実質的に構造緩和できる温度（一般にはガラス転移点以上の温度）まで上昇するまでの加熱炉の長さを短くすることができ、構造緩和時間をより長く取ることができる。加熱炉の長さＬは、線引速度Ｖとしたときに、Ｌ／Ｖが０.０５ｓ以上となるように設定される。加熱炉は複数の炉から構成されていることが望ましい。これにより、光ファイバの冷却速度をより精密に制御することができる。加熱炉に入った光ファイバが温度１１００℃以下に冷却されるまでの冷却速度は５０００℃／ｓ以下であることが好ましい。このような加熱炉を用いて光ファイバを製造することで、レーリー散乱が低減された光ファイバを得ることができる。
Ｌ／Ｖを大きくすることにより、ガラスの仮想温度の低減を図ることができる。しかし、経済性を考慮した場合、線引速度Ｖは２０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。例えば、Ｌ／Ｖ＝０.２ｓを実現する場合、加熱炉の長さＬは４ｍであることが必要となる。このように、現実的な建造コストと製造線速との両立には一定の限界がある。図２は、ＧｅＯ２がコアに含有された光ファイバの到達可能な仮想温度のＬ／Ｖ依存性を示すグラフである。同図は、非特許文献５のTable１のデータに基づいて作成されたものである。もし、経済性の要請からＬ／Ｖ＜０.５ｓまでを許容した場合、到達可能な仮想温度は１４００℃となる。図３は、光ファイバの伝送損失の仮想温度依存性を示すグラフである。同図は、非特許文献５の式(２) に基づいて作成されたものである。同図から、レーリー散乱、ブリルアン散乱、ラマン散乱に起因した損失以外の伝送損失（マクロベンドロスおよびマイクロベンドロスを含む）を余剰損失と定義した場合、余剰損失が０.０３０ｄＢ／ｋｍ以上となると、仮想温度を１４００℃としても、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０.１８ｄＢ／ｋｍとすることが困難であることが分かる。
上記のように、徐冷によりガラスの仮想温度を低下させてレーリー散乱を低減したとしても、レーリー散乱成分以外の余剰損失が増加してしまう場合、安定して波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０.１８ｄＢ／ｋｍ以下とすることは難しいことが分かる。そこで本発明者は、余剰損失の増加要因を解明し、その結果、余剰損失とコアの残留応力との間に良い相関が得られることを見出した。図４は、余剰損失のコアの残留応力依存性を示すグラフである。このように、コアの残留応力を圧縮応力として、その絶対値を５ＭＰａ以上（同図では、−５ＭＰａ以下）とすることで、余剰損失をほぼ０．０２ｄＢ／ｋｍ以下より確実には０.０２５ｄＢ／ｋｍ以下にすることができることが分かる。
コアの残留応力を絶対値が５ＭＰａ以上の圧縮応力とすることにより、余剰損失はほぼ０．０２ｄＢ／ｋｍ以下となり、仮想温度が１５３０℃、１５６０℃、１５９０℃それぞれで波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０．１８０ｄＢ／ｋｍ、０．１８３ｄＢ／ｋｍ、０．１８５ｄＢ／ｋｍとすることができる。
本実施形態の光ファイバ１の中心コア１１は、ＧｅＯ２を含み、光学クラッド１２を基準とした相対屈折率差Δcoreが０.３５％以上０.５０％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（２）式で表される屈折率体積ｖが４.５％・μｍ２以上９.５％・μｍ２以下である。更に好ましくは６％・μｍ２以上８.５％・μｍ２以下である。ジャケット１３は、光学クラッド１２を基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下である。中心コア１１を構成するガラスの仮想温度は１４００℃以上１５９０℃以下、好ましくは１５６０℃以下、より好ましくは１５３０℃以下である。また、中心コア１１に残留する応力は圧縮応力であり且つその絶対値が５ＭＰａ以上である。
Figure 2013127608
本実施形態の光ファイバ１は、好ましくは、２ｍファイバカットオフ波長が１２６０ｎｍ以上であり、２２ｍケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８.２〜９μｍであり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下である。より好ましくは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７８ｄＢ／ｋｍ以下であり、２ｍファイバカットオフ波長が１２９０ｎｍ以上である。
本実施形態では、曖昧さを回避するため、光学クラッド１２の屈折率が基準とされて、中心コア１１およびジャケット１３それぞれの比屈折率差が記述される。中心コア１１の屈折率としてＥＳＩ（Equivalent step index）屈折率が用いられる。光学クラッド１２とジャケット１３との境界における屈折率の径方向変化の微分値が最大となる径を光学クラッド１２の外径と定義し、ジャケット１３の屈折率は、光学クラッド１２の外径からガラスの最外周までの屈折率の平均値が用いられる。
光ファイバの残留応力は、例えば特許文献２に記載されているように、光ファイバ中の複屈折を利用して測定される。また、光ファイバの残留応力は、光ファイバ断面の屈折率の面分析を行って得られる屈折率の変化量および材料に固有の光弾性係数からも測定が可能である。図５は、光ファイバの残留応力の径方向分布を示すグラフである。ＧｅＯ２がコアに含有された光ファイバであってジャケットが実質的に純石英からなる光ファイバでは、同温度におけるコアの粘性が低いので、線引後の光ファイバのコアには圧縮応力が残留する（同図、Ｌ／Ｖ＝０ｓ）。この圧縮応力は、線引張力により変化する。原理的に、線引張力が高いほど大きな圧縮応力が残留することが知られている。
一方、徐冷された光ファイバでは、徐冷部において圧縮応力が緩和され、圧縮応力の絶対値が低下する。同図には、Ｌ／Ｖ＝０ｓ、０.１２ｓ、０.４０ｓと変化させた場合の残留応力の変化が示されている。このように、徐冷部における光ファイバの滞在時間を長くすると、コアの圧縮応力の絶対値は徐々に低下することが分かる。コアの圧縮応力の絶対値を５ＭＰａ以上とするには、Ｌ／Ｖを０.４ｓよりも短くすることが望ましい。また、光ファイバが冷却される過程において、徐冷部に到達するまでの光ファイバの温度が徐冷部の内表面温度より高い状態に保たれることによっても、コアの圧縮応力を過度に低下させないことができる。また、原理的に、徐冷部が長いほど徐冷の効果は大きくなり圧縮応力の変化量は大きくなる。
例えば、徐冷部の長さが２ｍ以上である場合、Ｌ／Ｖを０.２ｓ以下に保つことが重要である。また、線引き中の光ファイバガラスに印加される張力は、５０g以上であることが望ましく、更に好ましくは１００g以上である。
その他のコアの応力の調整方法として、コア中にコアの粘性を低減する添加物を入れることで、コアの圧縮応力の絶対値を５ＭＰａ以上に調整することができる。アルカリ金属元素は微量でシリカガラスの粘性を大きく低減することが可能であるので添加物として望ましい。但し、アルカリ金属元素を過度に添加すると、ガラス構造欠陥が増加して、水素特性や放射線特性が悪化するので適切な添加量に調節されることが好ましい。線引後のコア中のアルカリ金属元素の濃度は１ｐｐｂ〜１０ｐｐｍの範囲であることが望ましい。
光ファイバの仮想温度は、図６に示されるように、光ファイバを構成する各部位の顕微ラマン散乱スペクトルの８００ｃｍ−１ピーク面積比に対するＤ１（４９０ｃｍ−１）の面積比により評価することができる。図６は、ラマン強度とラマンシフトとの関係を示すグラフである。同図に示されるように、５２５ｃｍ−１〜４７５ｃｍ−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれたＤ１ピーク面積を算出する。また、８８０ｃｍ−１〜７４０ｃｍ−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれた８００ｃｍ−１ピーク面積を算出する。そして、８００ｃｍ−１ピーク面積に対するＤ１ピーク面積の比と、予めバルクガラス等を用いてＩＲ法（非特許文献６参照）より測定しておいた仮想温度との関係を用いて、仮想温度を求めることができる。
本実施形態の光ファイバは、ＩＴＵ-Ｔ国際規格Ｇ.６５７.Ａ１に準拠することが望ましく、更にＧ.６５７.Ａ２に準拠する曲げ損失を持つことが望ましい。本実施形態の光ファイバは、Ｇ.６５７.Ａ２に準拠することで、Ｇ.６５２.Ｄに準拠する汎用シングルモードファイバと低損失で接続することが可能であり、且つ伝送システム上はＧ.６５２.Ｄファイバと同様に扱うことができる。
本実施形態の光ファイバは、ファイバ軸に垂直な断面においてジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であるのが好適である。光ファイバにかかる応力は常に引張応力であるので、中心コアの残留応力を圧縮応力とするには、中心コアに掛かかった圧縮応力の分、ジャケットに引張り歪がかかる必要がある。ジャケットの５０％以上の断面積が引張応力となるように光ファイバの張力、熱履歴、組成を調節することで、中心コアの残留応力を圧縮応力とすることが実現容易となる。
本実施形態の光ファイバは、中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であるのが好適である。更に好ましくは中心コアに残留する応力の絶対値が１０ＭＰａ以下であるのが好適である。中心コアの応力を圧縮歪とし、且つその絶対値を３０ＭＰａ以下とすることで、徐冷線引によるレーリー散乱の低減の効果を十分に得つつ、余剰損失を０.０２ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
本実施形態の光ファイバは、波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。ＯＨ吸収が存在すると波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の増加を招く。波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下である場合、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の増加が０.００４ｄＢ／ｋｍ以下とできる。
本実施形態の光ファイバは、中心コア部にフッ素が添加されているのが好適である。コア部にフッ素が含まれていることにより、コアの粘性が低下するので、コア部の残留応力を圧縮応力にすることが容易となり、波長無依存の伝送損失を低減することができる。但し、フッ素を増加させると濃度揺らぎに由来したレーリー散乱が増加するので、フッ素添加による屈折率低下量は−０.１％〜０％となる濃度とすることが好ましい。
本実施形態の光ファイバは、ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であるのが好適である。このようすることで、マイクロベンド損失を低減し、ケーブル化時の伝送損失の増加を抑制することができる。
本実施形態の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおいて、曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.００２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.１ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が０.５ｄＢ／turn以下であるのが好適である。
本実施形態の光ファイバは、波長１６２５ｎｍにおいて、曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.０１ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.４ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.２ｄＢ／turn以下であるのが好適であり、曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が１ｄＢ／turn以下であるのが好適である。
本実施形態の光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤ[μｍ]と２ｍファイバカットオフ波長λc[μｍ]との比であるＭＡＣ値（＝ＭＦＤ／λc）が６.６以下であるのが好適である。このように管理することで、上述したマクロベンド特性を有する光ファイバを高い歩留で得ることができる。
本実施形態の光ファイバは、長さ１０ｋｍ以上のファイバを１４０φボビンに巻いた状態で測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_Bとし、束状態にして測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_tとしたときに、両者の伝送損失の差α_B−α_tが０.０１ｄＢ／ｋｍより小さいのが好適である。素線状態での伝送損失が低い光ファイバであっても、実使用時の伝送損失を抑制することができない限り、所期の効果を得ることができない。伝送損失差α_B−α_tを０.０１ｄＢ／ｋｍより小さくすることで、実使用時の伝送損失を抑制することができる。
本実施形態の光ファイバは、素線外径が２１０μｍ以下であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。既設の管路など限られた管路に多数本の光ファイバを通す要求が生じる場合がある。このような要求に応えることができる。
本実施形態の光ファイバを光伝送路として用いる光伝送システムは、以下のような態様であるのが好ましい。
第１態様の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置からスプリッタまでの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されている。
第２態様の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、スプリッタから加入者宅側の終端装置までの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されている。
第３態様の光伝送システムは、送信機から受信機へ信号光を伝送する光伝送システムであって、送信機から受信機までの光伝送路の距離が４０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されている。
第４態様の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置から加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行わない。
第５態様の光伝送システムは、電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、電話局側の終端装置から加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行う。
光伝送システムにおいて本実施形態の光ファイバを光伝送路として用いることで、従来の光ファイバを用いたシステムと比べ、ＯＳＮＲを改善することができる。この効果は、ＯＳＮＲ＝１０log(Ａeff×α)−αＬなる式で得られるＯＳＮＲにより評価することができる。ここで、Ａeffは信号光波長における実効断面積であり、αは信号光波長における伝送損失であり、Ｌは伝送距離である。
伝送距離Ｌが増加するほど、本実施形態の光ファイバを用いた光伝送システムのＯＳＮＲ改善量は大きくなる。伝送距離Ｌが１５ｋｍ以上となると、本実施形態の光ファイバを用いた光伝送システムは、汎用のシングルモードファイバを用いたシステムと比べ、ＯＳＮＲが０.１ｄＢ以上改善する。一般的な光ファイバの接続損失は０.１ｄＢ以下であるので、本実施形態の光ファイバを用いることにより１接続分以上のＯＳＮＲ改善量が得られるようになる。また、接続の失敗等によるＯＳＮＲのマージンを得ることができる。また、伝送距離を伸張することができるようになるので、一つ局の人口カバー率を改善することができ、メトロ・アクセス系の伝送システム構築費を軽減することができる。
光増幅を行わないアクセスシステムとしては、ＯＬＴからＯＮＵまでの距離が１０ｋｍ〜２５ｋｍ程度であるシステムが一般的である。ＯＬＴからＯＮＵまでの光伝送路の少なくとも５０％以上の区間を本実施形態の低損失な光ファイバを用いることで、光増幅を行わずに伝送できる距離を伸張することができる。
光増幅を前提としたアクセスシステムとして、ＯＬＴからＯＮＵまでの距離が２０ｋｍ〜１００ｋｍ程度であるシステムが検討されている。ＯＬＴからＯＮＵまでの光伝送路の５０％以上の区間を本発明の低損失な光ファイバを用いることで、光増幅を行った場合に更に伝送できる距離を伸張することができ、また、同距離では増幅時のノイズ増加を抑制して高いＯＳＮＲを確保できるので、他のデバイスに必要なＯＳＮＲを低減することができ、経済効率の高いシステムを構築することができる。
１…光ファイバ、１１…中心コア、１２…クラッド、１３…ジャケット。

Claims (22)

  1. 石英ガラスからなる光ファイバであって、
    中心軸を含む中心コアと、この中心コアを囲む光学クラッドと、この光学クラッドを囲むジャケットと、を備え、
    前記中心コアは、ＧｅＯ２を含み、前記光学クラッドを基準とした相対屈折率差Δcoreが０.３５％以上０.５０％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（１）式で表される屈折率体積ｖが４.５％・μｍ２以上９.５％・μｍ２以下であり、
    Figure 2013127608
    前記ジャケットは、前記光学クラッドを基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下であり、
    前記中心コアを構成するガラスの仮想温度が１４００〜１５９０℃であり、
    前記中心コアに残留する応力が圧縮応力であり且つその絶対値が５ＭＰａ以上である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 前記仮想温度は１５３０℃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. ２ｍファイバカットオフ波長が１２６０ｎｍ以上であり、
    ２２ｍケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、
    波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８.２〜９μｍであり、
    波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  4. ファイバ軸に垂直な断面において前記ジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  5. 前記中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  6. 波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  7. 前記中心コア部にフッ素が添加されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  8. 前記ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、
    前記二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、
    前記一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  9. 波長１５５０ｎｍにおける曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.００２ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  10. 波長１５５０ｎｍにおける曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.２ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  11. 波長１５５０ｎｍにおける曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が０.５ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  12. 波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径１５ｍｍでの曲げ損失が０.０１ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  13. 波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が０.４ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  14. 波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径７.５ｍｍでの曲げ損失が１ｄＢ／turn以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  15. 波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤ[μｍ]と２ｍファイバカットオフ波長λc[μｍ]との比であるＭＡＣ値（＝ＭＦＤ／λc）が６.６以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  16. 長さ１０ｋｍ以上のファイバを１４０φボビンに巻いた状態で測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_Bとし、束状態にして測定した波長１５５０ｎｍにおける伝送損失をα_tとしたときに、両者の伝送損失の差α_B−α_tが０.０１ｄＢ／ｋｍより小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  17. 素線外径が２１０μｍ以下であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
  18. 電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、前記電話局側の終端装置から前記スプリッタまでの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１〜１７の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されている、ことを特徴とする光伝送システム。
  19. 電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、前記スプリッタから前記加入者宅側の終端装置までの光伝送路の距離が１５ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１〜１７の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されている、ことを特徴とする光伝送システム。
  20. 送信機から受信機へ信号光を伝送する光伝送システムであって、前記送信機から前記受信機までの光伝送路の距離が４０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１〜１７の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されている、ことを特徴とする光伝送システム。
  21. 電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、前記電話局側の終端装置から前記加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で請求項１〜１７の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行わない、ことを特徴とする光伝送システム。
  22. 電話局側の終端装置からスプリッタを経て加入者宅側の終端装置へ信号光を伝送する光伝送システムであって、前記電話局側の終端装置から前記加入者宅側の終端装置までの光伝送路の５０％以上の区間で請求項１〜１７の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されており、その光伝送路において信号光の増幅を行う、ことを特徴とする光伝送システム。
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