JP2015219271A - 光ファイバ - Google Patents

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Abstract

【課題】側圧に対する強さを確保しつつ、実効断面積を大きくすることができる光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ1Aは、コア12及びクラッド14を含む光伝送体10と、プライマリ樹脂層22と、セカンダリ樹脂層24とを備える。光伝送体10の実効断面積は130μm2以上である。波長1550nmでの光伝送体10の伝送損失は0.165dB/km以下である。プライマリ樹脂層22のヤング率は0.7MPa以下であり、セカンダリ樹脂層24のヤング率は600MPa以上1500MPa以下である。縦線径50μm、横線径50μm、ピッチ150μmの金属メッシュ材が巻かれたボビンに当該光ファイバ1Aが張力80gで巻き付けられたときの伝送損失と、束状態での伝送損失との差は1.0dB/km以下である。
【選択図】図1

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。
特許文献1には、実効断面積が比較的大きい光ファイバが記載されている。具体的には、この文献に記載された光ファイバは、中心コア、光学クラッドおよびジャケットを備える。この光ファイバの波長1550nmにおける実効断面積は、110μm2以上である。
特開2013−122502号公報
100Gbit/s以上の伝送速度に対応する光伝送ネットワークにおいて、多変調技術を含むデジタルコヒーレント通信技術により光ファイバのコアあたりの通信容量を拡大する為には、より高い光信号対雑音比(Optical Signal-to-Noise Ratio:OSNR)が要求される。OSNRを改善する一つの方法として、光ファイバの低非線形性の向上が挙げられる。そのためには、光ファイバの実行断面積Aeffを大きくすると共に、光ファイバの伝送損失を抑える必要がある。具体的には、光ファイバの非線形屈折率をn2とし、光ファイバの実効断面積をAeffとすると、光ファイバの非線形性はn2/Aeffによって規定される。実効断面積Aeffが大きいほどコアへの光パワー密度の集中が避けられるので、非線形性は低減される。汎用のシングルモード光ファイバ(SMF)の実効断面積Aeffは波長1550nmにおいて約80μm2である。しかし、非線形性を効果的に低減するためには、実効断面積Aeffが130μm2以上であることが望ましい。
前述のように実効断面積Aeffが大きいほど非線形性が低減され得る。しかし、実効断面積Aeffが大きくなると、側圧に対して弱くなり、ボビン巻時の損失が大きくなってしまう。更に、ボビン巻き状態での損失が大きく、また緩和速度が遅いことから、ボビン巻き状態での損失の大きさから光ファイバ本来の損失(例えば光ファイバ束状態での損失)の大きさに変化するまでに長時間を要する。従って、不良率の上昇や、出荷時間長期化による在庫増大が起こるという問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、側圧に対する強さを確保しつつ、実効断面積Aeffを大きくすることができる光ファイバを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明による光ファイバは、コア及びクラッドを含む光伝送体と、光伝送体に接しており該光伝送体を被覆するプライマリ樹脂層と、プライマリ樹脂層を被覆するセカンダリ樹脂層とを備える。光伝送体の実効断面積は130μm2以上である。波長1550nmでの光伝送体の伝送損失は0.165dB/km以下である。プライマリ樹脂層のヤング率は0.7MPa以下である。セカンダリ樹脂層のヤング率は600MPa以上1500MPa以下である。プライマリ樹脂層の外径は185μm以上220μm以下である。セカンダリ樹脂層の外径は225μm以上260μm以下である。縦線径50μm、横線径50μm、ピッチ150μmの金属メッシュ材が巻かれたボビンに当該光ファイバが張力80gで巻き付けられたときの伝送損失と、束状態での伝送損失との差は1.0dB/km以下である。
本発明による光ファイバによれば、側圧に対する強さを確保しつつ、実効断面積Aeffを大きくすることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る光ファイバの構成を示す断面図であって、光ファイバの中心軸方向(光軸方向)に対して垂直な断面を表している。 図2(a)は、メッシュ側圧試験に使用される金属メッシュ材の構成を示す図である。図2(b)は図2(a)の部分拡大図である。 図3は、プライマリ樹脂層に含まれる両末端反応性オリゴマー及び片末端反応性オリゴマーの含有比を種々に設定し、メッシュ側圧試験を行った結果を示す図表である。 図4は、実施例における巻ロス緩和時間の測定方法を説明するためのグラフである。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。(1)本願発明による光ファイバは、上述した課題を解決するために、本発明による光ファイバは、コア及びクラッドを含む光伝送体と、光伝送体に接しており該光伝送体を被覆するプライマリ樹脂層と、プライマリ樹脂層を被覆するセカンダリ樹脂層とを備える。光伝送体の実効断面積は130μm2以上である。波長1550nmでの光伝送体の伝送損失は0.165dB/km以下である。プライマリ樹脂層のヤング率は0.7MPa以下である。セカンダリ樹脂層のヤング率は600MPa以上1500MPa以下である。プライマリ樹脂層の外径は185μm以上220μm以下である。セカンダリ樹脂層の外径は225μm以上260μm以下である。縦線径50μm、横線径50μm、ピッチ150μmの金属メッシュ材が巻かれたボビンに当該光ファイバが張力80gで巻き付けられたときの伝送損失と、束状態での伝送損失との差は1.0dB/km以下である。
本発明者による研究の結果、実効断面積Aeffが130μm2以上であっても、プライマリ樹脂層及びセカンダリ樹脂層のヤング率及び外径が上記の範囲を満たしていれば、メッシュ側圧試験におけるボビン巻き時の伝送損失と、束状態での伝送損失との差を1.0dB/km以下といった小さな値に抑え得ることが見出された。すなわち、上記の光ファイバによれば、側圧に対する強さを確保しつつ、実効断面積Aeffを大きくすることができる。従って、巻き損失の緩和時間が短くなり、高品質の光ファイバを得ることができる。
(2)また、上記の光ファイバにおいては、光伝送体の実効断面積が140μm2以上であり、プライマリ樹脂層のヤング率が0.5MPa以下であってもよい。これにより、側圧に対する強さを更に強くすることができる。
(3)また、上記の光ファイバにおいては、光伝送体の実効断面積が150μm2以上であり、プライマリ樹脂層のヤング率が0.3MPa以下であってもよい。これにより、側圧に対する強さをより一層強くすることができる。
(4)また、上記の光ファイバにおいては、当該光ファイバがボビンに巻かれた直後から、束状態との伝送損失差が0.003dB/km以下になるまでの時間が2000時間以下であってもよい。このように、上記の光ファイバによれば、巻き損失の緩和時間を短くすることができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかる光ファイバの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、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。
(実施の形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る光ファイバ1Aの構成を示す断面図であって、光ファイバ1Aの中心軸方向(光軸方向)に対して垂直な断面を表している。図1に示されるように、本実施形態の光ファイバ1Aは、コア12及びクラッド14を含む光伝送体10と、プライマリ(一次)樹脂層22及びセカンダリ(二次)樹脂層24を含む被覆樹脂層20とを備えている。
光伝送体10は、ガラス製の部材であって、例えばSiO2ガラスからなる。光伝送体10は、光ファイバ1Aに導入された光を伝送する。コア12は、例えば光伝送体10の中心軸線を含む領域に設けられている。コア12は、GeO2を含み、更にフッ素元素を含んでいてもよい。クラッド14は、コア12を囲む領域に設けられている。クラッド14は、コア12の屈折率より低い屈折率を有する。クラッド14は、純SiO2ガラスから成ってもよいし、フッ素元素が添加されたSiO2ガラスから成ってもよい。一実施例では、光伝送体10の外径D1は125μmである。後述する実施例に示されるように、光伝送体10の実効断面積Aeffは、130μm2以上であってもよく、140μm2以上であってもよく、150μm2以上であってもよい。実効断面積Aeffの上限値は、例えば180μm2である。波長1550nmでの光伝送体10の伝送損失は、0.165dB/km以下である。
前述したように、被覆樹脂層20は、プライマリ樹脂層22及びセカンダリ樹脂層24を含む、少なくとも二重の構造を有している。プライマリ樹脂層22は、光伝送体10の外周面に接しており、光伝送体10の全体を被覆する。セカンダリ樹脂層24は、プライマリ樹脂層22の外周面に接しており、プライマリ樹脂層22を被覆する。一実施例では、プライマリ樹脂層22の外径D2は185μm以上220μm以下であり、プライマリ樹脂層22の層厚は30μm以上50μm以下である。また、セカンダリ樹脂層24の外径D3は225μm以上260μm以下であり、セカンダリ樹脂層24の層厚は例えば10μm以上35μm以下である。
プライマリ樹脂層22を柔らかく(ヤング率を小さく)することによって、被覆樹脂層20による緩衝効果を向上させ、ボビン巻き時の損失を低減することができる。本実施形態では、プライマリ樹脂層22のヤング率は0.7MPa以下であってもよく、0.5MPa以下であってもよく、0.3MPa以下であってもよい。なお、プライマリ樹脂層22のヤング率の下限値は例えば0.07MPaである。また、セカンダリ樹脂層24を硬く(ヤング率を大きく)することにより、被覆樹脂層20の機械的強度を確保することができる。本実施形態では、セカンダリ樹脂層24のヤング率は600MPa以上であり、1500MPa以下である。
後述する実施例に示されるように、実効断面積Aeffが130μm2以上であっても、プライマリ樹脂層22及びセカンダリ樹脂層24のヤング率及び外径が上記の範囲を満たしていれば、メッシュ側圧試験におけるボビン巻き時の伝送損失(マイクロベンド損失)と、束状態での伝送損失との差を1.0dB/km以下といった小さな値に抑えることができる。また、光ファイバ1Aがボビンに巻かれた直後から、束状態との伝送損失差が0.003dB/km以下になるまでの時間(巻き損失緩和時間)を、2000時間以下といった短い時間とすることができる。このように、本実施形態の光ファイバ1Aによれば、側圧に対する強さを確保しつつ、実効断面積Aeffを大きくすることができる。従って、巻き損失の緩和時間が短く、高品質の光ファイバ(例えば海底用)を得ることができる。また、本実施形態において、光伝送体10の実効断面積が140μm2以上であり、プライマリ樹脂層22のヤング率が0.5MPa以下である場合には、側圧に対する強さを更に強くすることができる。また、本実施形態において、光伝送体10の実効断面積が150μm2以上であり、プライマリ樹脂層22のヤング率が0.3MPa以下である場合には、側圧に対する強さをより一層強くすることができる。
なお、被覆樹脂層20の表面の静摩擦係数が小さいほど、巻き損失の緩和時間が短くなる。一例では、静摩擦係数は1.5以下であることが好ましい。
メッシュ側圧試験は、例えば次のようにして行われる。図2(a)は、メッシュ側圧試験に使用される金属メッシュ材30の構成を示す図であり、図2(b)は図2(a)の部分拡大図である。図2に示されるように、金属メッシュ材30は、縦横それぞれ複数本の金属線が張り巡らされたメッシュ状の形態を有する。縦線径φ1及び横線径φ2は、例えば50μmである。縦線の中心線間、及び横線の中心線間のピッチPは、例えば150μmである。縦線突出長さL1は例えば100μmであり、横線突出長さL2は例えば100μmである。
メッシュ側圧試験は、図2に示された金属メッシュ材30を胴に隙間無く巻いたボビンに光ファイバ1Aを例えば張力80gで巻き付けたのち、ボビンに巻かれた状態での伝送損失値と、束取り後の状態(光ファイバ1Aをボビンから取り外した状態)での伝送損失値との差分を求めることにより行われる。光源としては、白色光を出力するものが用いられる。この白色光源と光ファイバ1Aとの間には、例えば光ファイバ1Aと略同一の構造で長さ100mの励振用光ファイバが設けられる。そして、白色光源から出力された光を励振用光ファイバの入力端に入力させ、その光が励振用光ファイバを伝播する間に高次モードを充分に減衰させ、励振用光ファイバから出力された基底モード光を光ファイバ1Aの入力端に入力させる。光ファイバ1Aの出力端から出力された光のうち波長850nmの光のパワーを測定することにより、ボビン巻き状態での伝送損失値が求められる。
上記の特性を有するプライマリ樹脂層22を構成する樹脂としては、両末端反応性オリゴマー及び片末端反応性オリゴマーの双方若しくは何れか一方を組成に含むものが好適である。また、後述する実施例に示されるように、片末端反応性オリゴマーが50%以上含まれていれば、側圧に対する強さを十分に確保することができる。両末端反応性オリゴマーとしては、例えば
H−(I−ポリプロピレングリコールA2−I−H
H−(I−ポリプロピレングリコールB2−I−H
H−(I−ポリプロピレングリコールC2−I−H
が挙げられる。また、片末端反応性オリゴマーとしては、例えば
H−(I−ポリプロピレングリコールA2−I−X
H−(I−ポリプロピレングリコールB2−I−X
H−(I−ポリプロピレングリコールC2−I−X
が挙げられる。但し、Hはヒドロキシエチルアクリレートの残基を示し、Iはイソホロンジイソシアネートの残基を示し、Xはメタノールを示し、ポリプロピレングリコールA-Cはそれぞれ次のポリプロピレングリコールの残基を示す。すなわち、ポリプロピレングリコールAはACCLAIM 4200(分子量:4,000、不飽和度:0.003meq/g)、ポリプロピレングリコールBはXS−3020C(分子量:3,000、不飽和度:0.03meq/g)、ポリプロピレングリコールCはEXCENOL 3020(分子量:3,000、不飽和度:0.09meq/g)の残基を示す。ウレタンオリゴマーは、H−(I−プロピレングリコール)2−I−Hで示される。
なお、両末端反応性オリゴマー及び片末端反応性オリゴマーは上記の材料に限られない。上記以外に例えば分子量が1,000〜13,000、好ましくは、2,000〜8,000であり、かつその不飽和度が、0.01meq/g未満、好ましくは、0.0001〜0.009meq/gであるポリプロピレングリコールまたはポリプロピレングリコール・エチレングリコールの共重合体、必要に応じて、これと少なくとも1種の他のポリオールとの混合物に由来する少なくとも1種の(メタ)アクリレート基を有するウレタン化合物を含有する。ポリプロピレングリコールまたはポリプロピレングリコール・エチレングリコールの共重合体としては、1,2−ポリプロピレングリコール、1,3−ポリプロピレングリコールおよびその混合物を挙げることができる。中でも、1,2−ポリプロピレングリコールが好ましい。また、プロピレンオキシドとエチレンオキシドとの、重量比で100/0〜70/30の共重合体であってもよい。
また、上記の特性を有するセカンダリ樹脂層24を構成する樹脂としては、例えば下記のものが挙げられる。オリゴマーとしては、ポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、水酸基含有アクリレート化合物を反応させて得られるものが挙げられる。
ポリオール化合物としては、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、2,4−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが挙げられる。水酸基含有アクリレート化合物としては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートなどが挙げられる。
モノマーとしては、環状構造を有するN−ビニルモノマー、例えば、N−ビニルカプロラクタムが挙げられる。これらのモノマーを含むと硬化速度が向上するので好ましい。この他、イソボルニルアクリレート、ベンジルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレートなどの単官能モノマーや、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレートまたはビスフェノールA・エチレンオキサイド付加ジオールジアクリレートなどの多官能モノマーが用いられる。
(実施例)
プライマリ樹脂層22に含まれる両末端反応性オリゴマー及び片末端反応性オリゴマーの含有比を以下のように設定し、上記のメッシュ側圧試験を行った。図3は、その試験結果を示す図表である。
・オリゴマー組成A:片末端反応性オリゴマー100%、両末端反応性オリゴマー0%
・オリゴマー組成B:片末端反応性オリゴマー50%、両末端反応性オリゴマー50%
・オリゴマー組成C:片末端反応性オリゴマー20%、両末端反応性オリゴマー80%
なお、オリゴマー組成Aではヤング率は0.1MPaとなり、オリゴマー組成Bではヤング率は0.4MPaとなり、オリゴマー組成Cではヤング率は0.7MPaとなる。すなわち、両末端反応性オリゴマーの比率が減って片末端反応性オリゴマーの比率が増すほど、ヤング率は低下する。また、セカンダリ樹脂の組成S1はヤング率が1200〜1300MPaとなるものであり、組成S2はヤング率が600〜800MPaとなるものであり、組成S3はヤング率が400〜500MPaとなるものである。これらの組成S1〜S3は、分子中の架橋点の数を変更することによりヤング率を違えている。
巻ロス緩和時間が2000時間以下となる場合を良好(OK)、2000時間を超える場合を不良(NG)と判定した。また、測定条件は、クッション付ボビン巻き、巻取張力80g、0.45mmピッチとした。また、波長1550nmでの光伝送体10の伝送損失を0.165dB/km以下とした。但し、伝送損失が0.160dB/km以下であれば、OSNRをより効果的に改善することが可能となり、更に優れた光ファイバ1Aを得ることができる。
プライマリ樹脂層22がオリゴマー組成Cを有する場合、プライマリ樹脂層22のヤング率が高いため不良(NG)となった。また、セカンダリ樹脂層24が組成S3を有する場合、セカンダリ樹脂層24のヤング率が低いため不良(NG)となった。図3から、メッシュ側圧試験結果が1.0dB/km以下であれば、巻ロス緩和時間が2000時間以下となることがわかる。その他の場合、すなわちプライマリ樹脂層22がオリゴマー組成A又はBを有し、且つ、セカンダリ樹脂層24が組成S1又はS2を有する場合には、プライマリ樹脂層22のヤング率が十分に低く、またセカンダリ樹脂層24のヤング率が十分に高いので、巻ロス緩和時間は良好(OK)となった。
なお、セカンダリ樹脂層24のヤング率の上限に関しては、セカンダリ樹脂層24が硬過ぎると光ファイバ1Aを曲げにくくなり、光ファイバ1Aを含むケーブルの配線が容易でなくなる。従って、セカンダリ樹脂層24のヤング率は過度に大きくなくてもよく、好ましくは1500MPa以下である。
また、図3においては、プライマリ樹脂層22及びセカンダリ樹脂層24共に、樹脂の組成が同じであってもヤング率が異なっている場合がある。これは、樹脂の硬化度によりヤング率が異なるからである。樹脂の硬化度は、照射された紫外線の量により変動する。本実施例では、紫外線ランプのパワーと紫外線照射時間(線速に逆比例)とが各試料において少しずつ異なるので、樹脂の組成が同じであってもヤング率が異なっている。
図4は、本実施例における巻ロス緩和時間の測定方法を説明するためのグラフである。図4において、縦軸は損失(巻ロス)の増分Δαを示し、横軸は時間の対数値ln(t)を示している。巻ロス緩和時間は、光ファイバ1Aをボビンに巻いた直後から光ファイバ1Aの損失の減少量を測定し、損失が0.003dB/km減少するまでの時間を求めることによって好適に求められる。具体的には、適当な時間tにわたって光ファイバ1Aの伝送損失α(t)を測定する。また、光ファイバ1Aの束を水に浸漬させ、側圧フリーとした条件(水束)での伝送損失α(t→∞)を測定し、その差分{α(t)−α(t→∞)}をボビン巻ロス増分Δαとする。そして、次の数式(1)
Figure 2015219271

を用いて、図4に示されるようにΔαとln(t)との相関をプロットし、フィッティングを行うことにより近似直線A1の傾きaを求める。なお、Δα0は巻ロス増分の初期値である。その後、この近似直線A1と横軸(ln(t))との交点を求める。その交点での時間tを、巻ロス緩和時間と定義する。具体的には、次の数式(2)から巻ロス緩和時間tを求めることができる。
Figure 2015219271
1A…光ファイバ、10…光伝送体、12…コア、14…クラッド、20…被覆樹脂層、22…プライマリ樹脂層、24…セカンダリ樹脂層、30…金属メッシュ材、A1…近似直線。

Claims (4)

  1. コア及びクラッドを含む光伝送体と、
    前記光伝送体に接しており該光伝送体を被覆するプライマリ樹脂層と、
    前記プライマリ樹脂層を被覆するセカンダリ樹脂層とを備え、
    前記光伝送体の実効断面積が130μm2以上であり、波長1550nmでの前記光伝送体の伝送損失が0.165dB/km以下であり、
    前記プライマリ樹脂層のヤング率が0.7MPa以下であり、前記セカンダリ樹脂層のヤング率が600MPa以上1500MPa以下であり、
    前記プライマリ樹脂層の外径が185μm以上220μm以下であり、前記セカンダリ樹脂層の外径が225μm以上260μm以下であり、
    縦線径50μm、横線径50μm、ピッチ150μmの金属メッシュ材が巻かれたボビンに当該光ファイバが張力80gで巻き付けられたときの伝送損失と、束状態での伝送損失との差が1.0dB/km以下である、光ファイバ。
  2. 前記光伝送体の実効断面積が140μm2以上であり、前記プライマリ樹脂層のヤング率が0.5MPa以下である、請求項1に記載の光ファイバ。
  3. 前記光伝送体の実効断面積が150μm2以上であり、前記プライマリ樹脂層のヤング率が0.3MPa以下である、請求項1に記載の光ファイバ。
  4. 当該光ファイバが前記ボビンに巻かれた直後から、前記束状態との伝送損失差が0.003dB/km以下になるまでの時間が2000時間以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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