JP2018189914A

JP2018189914A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2018189914A
Application number: JP2017094735A
Authority: JP
Inventors: 義典山本; Yoshinori Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: KR20180124729A; RU2771518C2; RU2018116578A3; US20180329137A1; JP7069566B2; KR102638033B1; CN108873156B; CN108873156A; US10222545B2; RU2018116578A

Abstract

【課題】ＩＴＵ-ＴＧ.６５２勧告に準拠する汎用的なＳＭＦと同等のＭＡＣを有するとともに曲げロスを小さく抑え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、最大屈折率ｎ_１を有するコア１１と、前記コアの周囲に設けられ屈折率ｎ_０を有するクラッド１３と、を含む。前記コアの径方向の屈折率分布がα乗であって、αが１.５〜１０である。Δ_１＝１００×(ｎ_１ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_１ ^２) なる式で表される前記コアの中心位置の比屈折率差Δ_１が０.３％〜０.５％である。前記コアの直径が９μｍ〜１４μｍである。ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍである。ケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下である。直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.２５ｄＢ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。

国際規格ＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告されるシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）は、最も汎用的な光ファイバとして世界中の光通信システムにおいて幅広く用いられている。このＧ.６５２では、波長１３１０ｎｍにおけるＳＭＦのモードフィールド径（ＭＦＤ）が公称値８.６μｍ〜９.２μｍ（トレランス±０.４μｍ）と勧告されている。ＭＦＤがこの範囲内にあることにより、ＳＭＦの端面同士を融着接続する際に、融着されるＳＭＦ間のＭＦＤ不整合を小さく抑えることができ、融着損失を小さく抑えることができる。また、Ｇ.６５２では、ＳＭＦのケーブルカットオフ波長λccが１２６０ｎｍ以下と勧告されている。λccがこの範囲にあることにより、波長１３１０ｎｍ付近およびそれ以上の波長における信号光のシングルモード動作を保証することができる。

一方、光ファイバを小径に曲げた状態で敷設したり、１本のケーブル中に多くの光ファイバを高密度に収納したりするためには、光ファイバの曲げ損失を小さく抑えることが望まれる。光ファイバの曲げ損失を小さく抑えるためには、光ファイバのＭＡＣ値を小さくすればよいことが知られている。ＭＡＣは、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤ[μｍ]をファイバカットオフ波長λc[μｍ]で割った値である。すなわち、光ファイバの曲げ損失を小さくするには、ＭＦＤを小さくすることが有効であり、また、λcを長くすることが有効である。

米国特許第７,８７６,９９０号明細書

しかし、前述の通り、ＭＦＤを小さくした光ファイバは、既存のＳＭＦとのＭＦＤ不整合が大きくなり融着損失が大きくなってしまう。また、λcを長くした光ファイバは、信号光のシングルモード動作を保証できなくなる。

特許文献１では、コアの径方向の屈折率分布がα乗であってαが２.５〜３.０であるＳＭＦの発明が開示されている。この文献では、コアα乗をこの範囲内にすることにより伝送損失を低くできると記載されている。しかし、この文献では、曲げロスの改善は考慮されていない。また、この文献に開示されたＳＭＦはディプレストを有していない。

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、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２勧告に準拠する汎用的なＳＭＦと同等のＭＡＣを有するとともに曲げロスを小さく抑え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。

本発明の光ファイバは、最大屈折率ｎ_１を有するコアと、前記コアの周囲に設けられ前記最大屈折率ｎ_１より小さい屈折率ｎ_０を有するクラッドと、を含み、前記コアの径方向の屈折率分布がα乗であって、αが１.５〜１０であり、Δ_１＝１００×(ｎ_１ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_１ ^２) なる式で表される前記コアの中心位置の比屈折率差Δ_１が０.３％〜０.５％であり、前記コアの直径２ａが９μｍ〜１４μｍであり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであり、ケーブルカットオフ波長λccが１２６０ｎｍ以下であり、直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.２５ｄＢ以下である。

本発明の光ファイバは、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２勧告に準拠する汎用的なＳＭＦと同等のＭＡＣを有するとともに、曲げロスを小さく抑えることができる。

図１（ａ）は、第１実施形態の光ファイバ１Ａの断面を示す図である。図１（ｂ）は、第１実施形態の光ファイバ１Ａの径方向の屈折率分布を示す図である。図２は、第１実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の諸例を示す図である。図３は、第１実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとコアα乗との関係を示すグラフである。図４は、第１実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とコアα乗との関係を示すグラフである。図５は、第１実施形態の光ファイバのλccとコアα乗との関係を示すグラフである。図６（ａ）は、第２実施形態の光ファイバ１Ｂの断面を示す図である。図６（ｂ）は、第２実施形態の光ファイバ１Ｂの径方向の屈折率分布を示す図である。図７は、第２実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の諸例を示す図である。図８は、第２実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとΔ_２との関係を示すグラフである。図９は、第２実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とΔ_２との関係を示すグラフである。図１０は、第２実施形態の光ファイバのλccとΔ_２との関係を示すグラフである。図１１は、第２実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の他の諸例を示す図である。図１２は、第２実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとコアα乗との関係を示すグラフである。図１３は、第２実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とコアα乗との関係を示すグラフである。図１４は、第２実施形態の光ファイバのλccとコアα乗との関係を示すグラフである。図１５は、実施例のファイバ１〜８の諸元を纏めた表である。図１６は、実施例のファイバ９〜１５の諸元を纏めた表である。図１７は、実施例のファイバ１６〜２４の諸元を纏めた表である。

本発明の光ファイバは、最大屈折率ｎ_１を有するコアと、前記コアの周囲に設けられ前記最大屈折率ｎ_１より小さい屈折率ｎ_０を有するクラッドと、を含む。前記コアの径方向の屈折率分布がα乗であって、αが１.５〜１０である。Δ_１＝１００×(ｎ_１ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_１ ^２) なる式で表される前記コアの中心位置の比屈折率差Δ_１が０.３％〜０.５％である。前記コアの直径２ａが９μｍ〜１４μｍである。ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍである。ケーブルカットオフ波長λccが１２６０ｎｍ以下である。また、直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.２５ｄＢ以下である。この光ファイバは、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２に準拠する特性を有するとともに、曲げロスをＩＴＵ-ＴＧ.６５７.Ａ１相当とすることができる。

本発明の光ファイバは、前記コアの周囲であって前記コアと前記クラッドとの間に設けられ、前記最大屈折率ｎ_１および前記屈折率ｎ_０の双方より小さい屈折率ｎ_２を有するディプレストを更に含むのが好適である。Δ_２＝１００×(ｎ_２ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_２ ^２) なる式で表される前記ディプレストの比屈折率差Δ_２が−０.１％〜０％であるのが好適である。ディプレストが設けられることにより、曲げロスを更に小さく抑えることができる。前記ディプレストの外直径２ｂと前記コアの直径２ａとの比（ｂ／ａ）が２.４〜４.０であるのが好適である。

αが２.０〜５.０であるのが好適である。αをこの範囲とすることにより、曲げロスを更に小さく抑えることができる。

直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.０３ｄＢ以下であるのが好適である。この光ファイバの曲げロスをＩＴＵ-ＴＧ.６５７.Ａ２相当とすることができる。

ファイバカットオフ波長λcとケーブルカットオフ波長λccとの差（λc−λcc）が５０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好適である。

本発明の光ファイバは、前記クラッドの周囲に設けられ紫外線硬化型樹脂からなる第一樹脂層と、前記第一樹脂層の周囲に設けられ紫外線硬化型樹脂からなる第二樹脂層と、を更に含むのが好適である。前記クラッドの外直径が１２４.３μｍ〜１２５.７μｍであり、前記第二樹脂層の外直径が１８８μｍ〜２１０μｍであるのが好適である。

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。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およ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。

（第１実施形態）

図１（ａ）は、第１実施形態の光ファイバ１Ａの断面を示す図である。図１（ｂ）は、第１実施形態の光ファイバ１Ａの径方向の屈折率分布を示す図である。光ファイバ１Ａは、コア１１と、このコア１１の周囲に設けられたクラッド１３と、を含む。コア１１は、最大屈折率ｎ_１を有する。クラッド１３は、ｎ_１より小さい屈折率ｎ_０を有する。例えば、コア１１はＧｅＯ_２を含むシリカガラスからなり、クラッド１３は純シリカガラスからなる。

光ファイバ１Ａの径方向の屈折率分布ｎ(r)は、コアα乗パラメータ（α）を用いて下記（１）式で近似される。ｒは、コア１１の中心からの径方向距離である。ａは、コア１１の半径であり、ｎ(ｒ)がクラッド１３の屈折率ｎ_０と等しくなる径方向距離ｒである。Δ_１は、コア１１において屈折率が最大となる中心位置とクラッド１３との間の比屈折率差であり、下記（２）式で表される。

光ファイバ１Ａは、クラッド１３の周囲に設けられた第一樹脂層１４と、第一樹脂層１４の周囲に設けられた第二樹脂層１５と、を更に含む。第一樹脂層１４および第二樹脂層１５は紫外線硬化型樹脂からなる。第一樹脂層１４のヤング率は、第二樹脂層１５のヤング率より小さい。

図２は、第１実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の諸例を示す図である。横軸はコア中心からの径方向距離ｒである。縦軸はクラッドの屈折率ｎ_０を基準とする比屈折率差Δである。クラッドが純シリカガラスからなるとし、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが９.０μｍとなり、λcが１２８０ｎｍとなり、ＭＡＣが７.０となるように、Δ_１およびａを調整した。コアα乗は１〜１０の範囲内の各値とした。

図３〜図５は、図２に示した第１実施形態の光ファイバの曲げロス、ゼロ分散波長またはλccとコアα乗との関係を示すグラフである。なお、図２〜図５は、コアにおいて屈折率が一様であるステップ型の場合の曲げロス、ゼロ分散波長またはλccの値も示している。

図３は、第１実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗を１.５〜１０乗の範囲内にすることにより、ステップ型コアよりも、同じＭＡＣに対して曲げロスを小さくできることが分かる。さらに、コアα乗を２〜５乗の範囲内にすることにより、さらに曲げロスを小さくできることが分かる。

図４は、第１実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗が小さいと、ゼロ分散波長が長くなって、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告される範囲（１３００〜１３２４ｎｍ）を外れたゼロ分散波長となることから、コアα乗は２乗以上が好ましいことが分かる。

図５は、第１実施形態の光ファイバのλccとコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗を１.５〜１０乗の範囲内とすることで、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告されるλccの範囲内（１２６０ｎｍ以下）にできることが分かる。

（第２実施形態）

図６（ａ）は、第２実施形態の光ファイバ１Ｂの断面を示す図である。図６（ｂ）は、第２実施形態の光ファイバ１Ｂの径方向の屈折率分布を示す図である。光ファイバ１Ｂは、コア１１と、このコア１１の周囲に設けられたディプレスト１２と、このディプレスト１２の周囲に設けられたクラッド１３と、を含む。コア１１は、最大屈折率ｎ_１を有する。クラッド１３は、ｎ_１より小さい屈折率ｎ_０を有する。ディプレスト１２は、ｎ_１およびｎ_０の双方より小さい屈折率ｎ_２を有する。例えば、コア１１はＧｅＯ_２を含むシリカガラスからなり、ディプレスト１２はＦを含むシリカガラスからなり、クラッド１３は純シリカガラスからなる。

光ファイバ１Ｂの径方向の屈折率分布ｎ(r)は、コアα乗パラメータ（α）を用いて下記（３）式で近似される。ｒは、コア１１の中心からの径方向距離である。ａは、コア１１の半径であり、ｎ(ｒ)がクラッド１３の屈折率ｎ_０と等しくなる径方向距離ｒである。ｂは、ディプレスト１２の外半径である。Δ_２は、クラッド１３に対するディプレスト１２の比屈折率差であり、下記（４）式で表される。

光ファイバ１Ｂは、クラッド１３の周囲に設けられた第一樹脂層１４と、第一樹脂層１４の周囲に設けられた第二樹脂層１５と、を更に含む。第一樹脂層１４および第二樹脂層１５は紫外線硬化型樹脂からなる。第一樹脂層１４のヤング率は、第二樹脂層１５のヤング率より小さい。

図７は、第２実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の諸例を示す図である。横軸はコア中心からの径方向距離ｒである。縦軸はクラッドの屈折率ｎ_０を基準とする比屈折率差Δである。クラッドが純シリカガラスからなるとし、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが９.０μｍとなり、λcが１２８０ｎｍとなり、ＭＡＣが７.０となるように、Δ_１およびａを調整した。コアα乗は２.５乗とした。Δ_２は−０.１〜０％の範囲内の各値とした。

図８〜図１０は、図７に示した第２実施形態の光ファイバの曲げロス、ゼロ分散波長またはλccとΔ_２との関係を示すグラフである。

図８は、第２実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとΔ_２との関係を示すグラフである。このグラフから、Δ_２が負であって絶対値が大きい方が、曲げロスを小さく抑えることができるので望ましいことが分かる。

図９は、第２実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とΔ_２との関係を示すグラフである。このグラフから、Δ_２が−０.１％より小さくなる（絶対値が大きくなる）と、ゼロ分散波長がＩＴＵ-Ｔで勧告される範囲よりも短くなるので、Δ_２は−０.１％以上が望ましいことが分かる。

図１０は、第２実施形態の光ファイバのλccとΔ_２との関係を示すグラフである。このグラフから、Δ_２が−０.１〜０％の範囲内で、λccはＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告される範囲内であることが分かる。

図１１は、第２実施形態の光ファイバの屈折率分布ｎ(r)の他の諸例を示す図である。横軸はコア中心からの径方向距離ｒである。縦軸はクラッドの屈折率ｎ_０を基準とする比屈折率差Δである。クラッドが純シリカガラスからなるとし、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが９.０μｍとなり、λcが１２８０ｎｍとなり、ＭＡＣが７.０となるように、Δ_１およびａを調整した。Δ_２は−０.０２％とした。コアα乗は１〜１０の範囲内の各値とした。

図１２〜図１４は、図１１に示した第２実施形態の光ファイバの曲げロス、ゼロ分散波長またはλccとコアα乗との関係を示すグラフである。なお、図１１〜図１４は、コアにおいて屈折率が一様であるステップ型の場合の曲げロス、ゼロ分散波長またはλccの値も示している。

図１２は、第２実施形態の光ファイバを曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスとコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗を１.５〜１０乗の範囲内にすることにより、ステップ型コアよりも、同じＭＡＣに対して曲げロスを小さくできることが分かる。さらに、コアα乗を２〜５乗の範囲内にすることにより、さらに曲げロスを小さくできることが分かる。

図１３は、第２実施形態の光ファイバのゼロ分散波長とコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗が小さいと、ゼロ分散波長が長くなって、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告される範囲（１３００〜１３２４ｎｍ）を外れたゼロ分散波長となることから、コアα乗は２乗以上が好ましいことが分かる。

図１４は、第２実施形態の光ファイバのλccとコアα乗との関係を示すグラフである。このグラフから、コアα乗を１.５〜１０乗の範囲内とすることで、ＩＴＵ-ＴＧ.６５２で勧告されるλccの範囲内（１２６０ｎｍ以下）にできることが分かる。

（実施例）

図１５は、実施例のファイバ１〜８の諸元を纏めた表である。図１６は、実施例のファイバ９〜１５の諸元を纏めた表である。これらの表は、上から順に、α乗、コアの中心位置の比屈折率差Δ_１、ディプレストの比屈折率差Δ_２、コアの直径２ａ、ディプレストの外直径２ｂ、比（ｂ／ａ）、ゼロ分散波長、波長１３１０ｎｍでのモードフォールド径ＭＦＤ、波長１３１０ｎｍでの実効断面積Ａeff、波長１５５０ｎｍでのモードフォールド径ＭＦＤ、波長１５５０ｎｍでの実効断面積Ａeff、ファイバカットオフ波長λc、ケーブルカットオフ波長λcc、差（λc−λcc）、ＭＡＣ、曲げ直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロス、を示している。ファイバ１〜１５のうち、ファイバ４，５，１３，１４は、ディプレストを有しない第１実施形態のものであり、他のファイバは、ディプレストを有する第２実施形態のものである。

図１７は、実施例のファイバ１６〜２４の諸元を纏めた表である。この表は、上から順に、クラッドの外直径、第一樹脂層の外直径、第二樹脂層の外直径、を示している。

光ファイバは、１２４.３〜１２５.７μｍのクラッド外直径を持つのが好ましい。光ファイバの一つの実施例として、第一樹脂層の外径（直径）は１８０〜２００μｍであり、第二樹脂層の外径（直径）は２３５〜２５５μｍである。別の実施例として、第一樹脂層の外径（直径）が１５０〜１７５μｍ、第二樹脂層の外径（直径）が１８８〜２１０μｍであってもよい。このように樹脂の被覆径が従来の光ファイバよりも細いことで、ケーブル中にさらに高密度に光ファイバを収納することが出来るので、より好ましい。

１Ａ，１Ｂ…光ファイバ、１１…コア、１２…ディプレスト、１３…クラッド、１４…第一樹脂層、１５…第二樹脂層。

Claims

最大屈折率ｎ_１を有するコアと、前記コアの周囲に設けられ前記最大屈折率ｎ_１より小さい屈折率ｎ_０を有するクラッドと、を含み、
前記コアの径方向の屈折率分布がα乗であって、αが１.５〜１０であり、
Δ_１＝１００×(ｎ_１ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_１ ^２) なる式で表される前記コアの中心位置の比屈折率差Δ_１が０.３％〜０.５％であり、
前記コアの直径２ａが９μｍ〜１４μｍであり、
ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであり、
ケーブルカットオフ波長λccが１２６０ｎｍ以下であり、
直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.２５ｄＢ以下である、
光ファイバ。
前記コアの周囲であって前記コアと前記クラッドとの間に設けられ、前記最大屈折率ｎ_１および前記屈折率ｎ_０の双方より小さい屈折率ｎ_２を有するディプレストを更に含み、
Δ_２＝１００×(ｎ_２ ^２−ｎ_０ ^２)／(２ｎ_２ ^２) なる式で表される前記ディプレストの比屈折率差Δ_２が−０.１％〜０％である、
請求項１に記載の光ファイバ。
前記ディプレストの外直径２ｂと前記コアの直径２ａとの比（ｂ／ａ）が２.４〜４.０である、
請求項２に記載の光ファイバ。
αが２.０〜５.０である、
請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ。
直径３０ｍｍで１０ターン巻いたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げロスが０.０３ｄＢ以下である、
請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバ。
ファイバカットオフ波長λcとケーブルカットオフ波長λccとの差（λc−λcc）が５０ｎｍ〜１００ｎｍである、
請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ。
前記クラッドの周囲に設けられ紫外線硬化型樹脂からなる第一樹脂層と、前記第一樹脂層の周囲に設けられ紫外線硬化型樹脂からなる第二樹脂層と、を更に含み、
前記クラッドの外直径が１２４.３μｍ〜１２５.７μｍであり、
前記第二樹脂層の外直径が１８８μｍ〜２１０μｍである、
請求項１〜６の何れか１項に記載の光ファイバ。