JP2023536418A - 高密度ケーブル及び相互接続のための、薄型コーティングを備えたシングルモード光ファイバ - Google Patents

高密度ケーブル及び相互接続のための、薄型コーティングを備えたシングルモード光ファイバ Download PDF

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Abstract

コア領域と；半径が約６２．５マイクロメートル未満のクラッド領域と；高弾性率層及び低弾性率層を備えるポリマーコーティングであって、上記低弾性率内側コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記低弾性率内側コーティング層の弾性率は約０．３５ＭＰａ以下であり、上記高弾性率コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記高弾性率コーティング層の弾性率は約１．６ＧＰａ以上である、ポリマーコーティングとを含む、光ファイバが提供され、上記光ファイバの耐穿刺性は２０ｇ超であり、上記光ファイバのマイクロベンド減衰ペナルティは０．０３ｄＢ／ｋｍ未満であり、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０２０年７月２１日出願の米国仮特許出願第６３／０５４，５６３号に対する優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は依拠され、参照によりその全体が本出願に援用される。
本開示はシングルモード光ファイバに関する。より詳細には、本開示は小径シングルモード光ファイバに関する。より詳細には、本開示は、耐穿刺性が大幅に低減されることなくコーティングの厚さが削減された、小径シングルモード光ファイバに関する。
光ファイバ技術は、高帯域幅、レイテンシの短縮、低消費電力、及びＥＭＩ／ＲＦＩに対する耐性を必要とするクラウドコンピューティング及びモノのインターネットにより、データセンターに浸透している。将来のハイパースケールデータセンターには、５０万平方フィートに広がる１０万台のサーバーといった特別な特徴が必要となるため、データセンター内の相互接続スキームの容量、柔軟性、及び効率に対する需要が発生している。従って、データセンター内で多数の相互接続が必要となる。リボンケーブルはファイバ数を増やすことができるが、このようにファイバの本数が多いと、リボンケーブルに適合させるために小径のファイバが必要となる。例えば、全体の直径が２５０μｍの２層アクリレートコーティング済みファイバリボンケーブルの代わりに、全体の直径が１２５μｍのベアファイバリボンケーブルを使用することにより、体積が少なくとも７５％削減される。しかしながら、ベアファイバをリボンケーブルに加工すると、ファイバの破損が生じる可能性がある。
更に、海底光ファイバケーブルは、陸及び海を横断して遠距離通信信号を搬送するように設計される。過去数十年にわたり、海底ケーブルを介した遠距離通信信号は劇的に増加しており、現在、大陸間通信信号の９０％はこれらのケーブルを介して伝送される。従って、このような海底ケーブルの伝送容量に対する需要は、異なる大陸間のインターネットトラフィックの増加を原因として高まっている。このような容量の増加は従来、各ファイバの帯域幅容量を増大させることによって、例えばファイバ数を少なく、典型的には４～８ペアのファイバに保ったまま、単にビットレートを増大させるか、又は高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）を用いることによって、促進されてきた。
しかしながら、これらの高度な伝送技術を実装することにより、このシステム内の光中継器の電力消費は、端末から供給できるレベルを超えるものとなった。このような電力に関する制約により、海底システムの設計者はより多数のファイバを使用することを強いられ、
このようにファイバ数が多くなると、光中継器内部の限られたスペースに適合するために、直径がより小さなファイバを使用することが必要となる。これらのファイバのクラッド直径は、従来のシングルモードファイバへの融着接続を容易にするために、好ましくは１２５マイクロメートルに維持する必要があり、これは、保護コーティングの厚さを削減することによってこのような比較的小さな直径を達成することを意味する。この比較的薄いコーティングは、穿刺及び摩耗に対する高い耐性を確保するために、十分に大きな断面積と併せて高い弾性率を有する必要がある。
上述の点に関する改善が望まれている。従って本発明者らは、十分に高い機械的信頼性を有する、改良された薄型コーティング済みシングルモード光ファイバを開発した。
本開示の第１の実施形態によると、本説明は、光ファイバであって：コア領域；上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備え、上記クラッド領域の半径は約６２．５マイクロメートル未満である、クラッド領域；並びに上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層と、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置された低弾性率コーティング層とを備える、ポリマーコーティングであって、上記低弾性率内側コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記低弾性率内側コーティング層の弾性率は約０．３５ＭＰａ以下であり、上記高弾性率コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記高弾性率コーティング層の弾性率は約１．６ＧＰａ以上である、ポリマーコーティングを有する、光ファイバを包含し、上記光ファイバの耐穿刺性は２０ｇ超であり、上記光ファイバのマイクロベンド減衰ペナルティは０．０３ｄＢ／ｋｍ未満であり、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下であり、上記光ファイバの上記耐穿刺性は、式ＰＲ＝Ｐ０＋Ｃ１ＥｓＡｓによって計算され、ここでＡｓは上記高弾性率コーティングの断面積であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの弾性率であり、Ｐ０は１１．３ｇの値を有する係数であり、Ｃ１は２．１ｇ／ＭＰａ／ｍｍ２の値を有する係数であり、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは、式：
Figure 2023536418000002
によって計算され、ここでｆ０は上記高弾性率コーティングと接触する外側表面の平均側圧であり、σは上記高弾性率コーティングと接触する上記外側表面の粗度の標準偏差であり、
Figure 2023536418000003
であり、
Figure 2023536418000004
であり、
Figure 2023536418000005
であり、
Figure 2023536418000006
であり、Ｒｇはガラスの半径であり、Ｒｓは上記高弾性率外側コーティングの外半径であり、ｔｐは上記内側低弾性率コーティングの厚さであり、ｔｓは上記高弾性率外側コーティングの厚さであり、Ｅｇはガラスの弾性率であり、Ｅｐは上記低弾性率内側コーティングの弾性率であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの上記弾性率である。
本開示の第２の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第３の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００７ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第４の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００３ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第５の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記耐穿刺性は２５ｇ以上である。
本開示の第６の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記耐穿刺性は３０ｇ以上である。
本開示の第７の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記クラッド領域の上記半径は５２．５マイクロメートル未満であり、上記光ファイバの上記耐穿刺性は４０ｇ超である。
本開示の第８の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記高弾性率コーティング層の上記厚さは９マイクロメートル～１８マイクロメートルである。
本開示の第９の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの減衰は０．２０ｄＢ／ｋｍ未満である。
本開示の第１０の実施形態によると、第１の実施形態の光ファイバにおいて、１３１０ｎｍにおける上記光ファイバのモードフィールド径は８．６以上である。
本開示の第１１の実施形態によると、本説明は、光ファイバであって：コア領域；上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備え、上記クラッド領域の半径は約４５マイクロメートル～５５マイクロメートルである、クラッド領域；並びに上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層と、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置された低弾性率コーティング層とを備える、ポリマーコーティングであって、上記低弾性率内側コーティング層の厚さは６マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記低弾性率内側コーティング層の弾性率は約０．３５ＭＰａ以下であり、上記高弾性率コーティング層の厚さは１２マイクロメートル～１８マイクロメートルであり、上記高弾性率コーティング層の弾性率は約１．６ＧＰａ以上である、ポリマーコーティングを有する、光ファイバを包含し、上記光ファイバの耐穿刺性は３０ｇ超であり、上記光ファイバのマイクロベンド減衰ペナルティは０．０３ｄＢ／ｋｍ未満であり、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下であり、上記光ファイバの上記耐穿刺性は、式ＰＲ＝Ｐ０＋Ｃ１ＥｓＡｓによって計算され、ここでＡｓは上記高弾性率コーティングの断面積であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの弾性率であり、Ｐ０は１１．３ｇの値を有する係数であり、Ｃ１は２．１ｇ／ＭＰａ／ｍｍ２の値を有する係数であり、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは、式：
Figure 2023536418000007
によって計算され、ここでｆ０は上記高弾性率コーティングと接触する外側表面の平均側圧であり、σは上記高弾性率コーティングと接触する上記外側表面の粗度の標準偏差であり、
Figure 2023536418000008
であり、
Figure 2023536418000009
であり、
Figure 2023536418000010
であり、
Figure 2023536418000011
であり、Ｒｇはガラスの半径であり、Ｒｓは上記高弾性率外側コーティングの外半径であり、ｔｐは上記内側低弾性率コーティングの厚さであり、ｔｓは上記高弾性率外側コーティングの厚さであり、Ｅｇはガラスの弾性率であり、Ｅｐは上記低弾性率内側コーティングの弾性率であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの上記弾性率である。
本開示の第１２の実施形態によると、第１１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第１３の実施形態によると、第１１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００７ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第１４の実施形態によると、第１１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００３ｄＢ／ｋｍ以下である。
本開示の第１５の実施形態によると、第１１の実施形態の光ファイバにおいて、上記光ファイバの上記耐穿刺性は２５ｇ以上である。
本開示の第１６の実施形態によると、本説明は、光ファイバであって：コア領域；上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備える、クラッド領域；並びに厚さが２５μｍ以下のポリマーコーティングであって、上記ポリマーコーティングは、上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層を備え、上記高弾性率コーティング層のヤング率は１．５ＧＰａ以上である、ポリマーコーティングを有する、光ファイバを包含し、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下である。
本開示の第１７の実施形態によると、第１６の実施形態の光ファイバは、上記クラッド領域を取り囲む低弾性率コーティング層を更に備え、上記低弾性率コーティング層は、ヤング率が０．５ＭＰａ以下であり、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置される。
本開示の第１８の実施形態によると、第１６の実施形態の光ファイバにおいて、上記低弾性率コーティング層の厚さの、上記高弾性率コーティング層の厚さに対する比は、０．８～１．２である。
本開示の第１９の実施形態によると、本説明は、光ファイバをコーティングする方法を包含し、上記方法は：線引き炉から第１の垂直経路に沿ってドロー成形するステップ；ポリマーコーティングが上記光ファイバに適用されるコーティング系を通るように、上記光ファイバをルーティングするステップであって、上記コーティング系は、入口、上記入口に対向する直径１２９μｍ～２０３μｍのサイジングダイ、及び上記入口と上記サイジングダイとの間に配置されたコーティングチャンバを備え、上記コーティングチャンバには液体形態のコーティング材料が充填されている、ステップ；並びにコーティング済みの上記光ファイバを硬化させて、１７５マイクロメートル以下の上記コーティング済み光ファイバの外径を形成するステップを含む。
本開示の第２０の実施形態によると、第１９の実施形態の光ファイバにおいて、上記ポリマーコーティングの同心度は７０％超である。
更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、その一部は、当業者には本説明から容易に明らかとなるか、又は本説明及び特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載されているように実施形態を実施することによって認識されるだろう。
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも単なる例であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを目的としたものであることを理解されたい。
添付の図面は更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本開示の選択された態様の例示であり、本記述と併せて、本開示に含まれる方法、製品、及び組成物の、原理及び動作を説明する役割を果たす。
本開示のいくつかの実施形態によるコーティング済み光ファイバの概略図 本開示のいくつかの実施形態による代表的な光ファイバリボンの概略図 本開示のいくつかの実施形態による代表的な光ファイバケーブルの概略図 本開示のいくつかの実施形態によるシングルモード光ファイバの断面図 本開示のいくつかの実施形態によるシングルモード光ファイバの相対屈折率プロファイル 本開示の実施形態による光ファイバの相対屈折率プロファイル 本開示の実施形態による光ファイバの相対屈折率プロファイル 本開示による高弾性率コーティングの、断面積の関数としての穿刺荷重の強度の依存度 本開示のいくつかの実施形態によるシングルモード光ファイバの相対屈折率プロファイル 本開示のいくつかの実施形態による、厚いコーティングを備えた光ファイバに関するコアモード及びクラッドモードの分布の概略図 本開示のいくつかの実施形態による、薄いコーティングを備えた光ファイバに関するコアモード及びクラッドモードの分布の概略図 本開示のいくつかの実施形態による、コーティング材料の粘度及びダイのサイズの、コーティングの厚さに対する影響 本開示のいくつかの実施形態による、目標の最終コーティング済み直径を形成するための例示的なパラメータウインドウ 本開示のいくつかの実施形態による、ダイのサイズが異なる複数のシステムに関して、様々なコーティング材料の粘度から得られる、コーティングの厚さの標準偏差 本開示のいくつかの実施形態による、コーティングの厚さに対するドロー速度の影響 本開示のいくつかの実施形態による、一連のコーティング材料の粘度に関して潤滑圧力とダイのサイズとの間の相関をプロットしたグラフ 本開示のいくつかの実施形態による、潤滑圧力とドロー速度との間の相関 本開示のいくつかの実施形態によるシングルモード光ファイバの相対屈折率プロファイル 本開示のいくつかの実施形態による、ステップインデックス型ファイバプロファイル及びトレンチ型ファイバプロファイルと、１００マイクロメートルのクラッド直径とを有するファイバの、低弾性率コーティングの厚さに対するマイクロベンド減衰ペナルティ（ＭＡＰ） 本開示のいくつかの実施形態による、弾性率が異なる複数の高弾性率コーティングに関する、トレンチ型ファイバプロファイル及び１００マイクロメートルのクラッド直径を有するファイバの、低弾性率コーティングの厚さに対するマイクロベンド減衰ペナルティ（ＭＡＰ） 本開示のいくつかの実施形態による、弾性率が異なる複数の高弾性率コーティングに関する、トレンチ型ファイバプロファイル及び１００マイクロメートルのクラッド直径を有するファイバの、低弾性率コーティングの厚さに対する耐穿刺性 本開示のいくつかの実施形態による、弾性率が異なる複数の低弾性率コーティングに関する、トレンチ型ファイバプロファイル及び１００マイクロメートルのクラッド直径を有するファイバの、低弾性率コーティングの厚さに対するマイクロベンド減衰ペナルティ（ＭＡＰ）
本開示は、本発明を実現可能とする教示として提供されるものであり、以下の説明、図面、実施例及び特許請求の範囲を参照することにより、より容易に理解できる。この目的のために、関連技術分野の当業者は、本明細書に記載の実施形態の様々な態様に対して多くの変更を実施しても、その有益な結果を依然として得られることを認識及び理解するであろう。また、これらの実施形態の望ましい便益のうちの一部を、複数の特徴のうちの一部を選択し、他の特徴を利用しないことによっても得ることができることは、明らかであろう。従って当業者は、多くの修正及び適合が可能であり、また特定の状況においては望ましい場合さえあり、これらが本開示の一部であることを認識するだろう。従って、特段の記載がない限り、本開示は、開示されている具体的な組成物、物品、デバイス及び方法に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語法は、特定の態様を説明することのみを目的としたものであり、限定を意図したものではないことも理解されたい。
本明細書及びそれに続く特許請求の範囲では、多数の用語が参照されることになるが、これらの用語は以下の意味を有するものとして定義されるものとする。
「光ファイバ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）」は、コーティングで取り囲まれたガラス部分を有する、導波路を指す。上記ガラス部分はコア及びクラッドを含み、本明細書中では「ガラスファイバ（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）」と呼ばれる。
「半径方向位置（ｒａｄｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）」、「半径（ｒａｄｉｕｓ）」、又は半径方向座標「ｒ」は、ファイバの中心線（ｒ＝０）に対する半径方向位置を指す。
「屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）」は、特段明記されていない限り、１５５０ｎｍの波長における屈折率を指す。
「屈折率プロファイル（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、屈折率又は相対屈折率と半径との間の関係である。本明細書において、隣接するコア及び／又はクラッド領域間に階段状境界を有するものとして示される相対屈折率プロファイルに関して、プロセス条件の通常のバリエーションは、隣接する領域の界面において急峻な階段状境界が得られることがないようにすることができる。屈折率プロファイルの境界は、本明細書では屈折率の階段状変化として示すことができるものの、実際の境界は滑らかであってよく、又はその他の様式で完全な階段関数特性から逸脱してよいことを理解されたい。更に、相対屈折率の値は、コア領域及び／又はいずれのクラッド領域内における半径方向位置と共に変動し得ることも理解されたい。相対屈折率が、ファイバのある特定の領域（例えばコア領域及び／又はいずれのクラッド領域）内における半径方向位置と共に変動する場合、相対屈折率は、実際の若しくは近似的な関数依存関係として、又は当該領域内のある特定の位置における値として、又は当該領域全体に適用可能な平均値として、表現される。特段明記されていない限り、ある領域（例えばコア領域及び／又はいずれのクラッド領域）の相対屈折率が、単一の値として又は該領域全体に適用可能な１つのパラメータ（例えばΔ若しくはΔ％）として、表現されている場合：当該領域の相対屈折率は一定若しくはおおよそ一定であり、上記単一の値に相当すること；又は上記単一の値若しくはパラメータは、当該領域内の半径方向位置に依存する、非定常相対屈折率の平均値を表すことが理解される。例えば、特段明記されていない限り、「ｉ」がガラスファイバのある領域である場合、パラメータΔｉは、以下の式（１）によって定義される、該領域における相対屈折率の平均値を指す。設計によるものであれ、又は通常の製造のばらつきによるものであれ、半径方向位置に対する相対屈折率の依存性は、傾斜していても、曲線であっても、又はその他の様式で一定でないものであってもよい。
本明細書中で使用される場合、「相対屈折率（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）」は、以下の式（１）において：
Figure 2023536418000012
として定義され、ここでｎｉは、特段明記されていない限り、ガラスファイバの半径方向位置ｒｉにおける屈折率であり、ｎｒｅｆは、特段明記されていない限り純シリカガラスの屈折率である。従って本明細書中で使用される場合、相対屈折率パーセントは、１５５０ｎｍの波長で１．４４４の値を有する純シリカガラスに対するものである。本明細書中で使用される場合、相対屈折率は、Δ（若しくは「デルタ（ｄｅｌｔａ）」）又はΔ％（若しくは「デルタ％（ｄｅｌｔａ ％）」）で表され、その値は、特段明記されていない限り、「％」を単位として与えられる。相対屈折率はΔ（ｒ）又はΔ（ｒ）％として表される場合もある。
ファイバのある領域の平均相対屈折率（Δａｖｅ）は、式（２）：
Figure 2023536418000013
から決定され、ここでｒｉｎｎｅｒは当該領域の内半径であり、ｒｏｕｔｅｒは当該領域の外半径であり、Δ（ｒ）は当該領域の相対屈折率である。
光ファイバプロファイルの屈折率は、ＩＦＡ‐１００ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｄｅｘ Ｐｌｏｆｉｌｅｒ（Ｉｎｔｅｒｆｉｂｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＬＣ、米国マサチューセッツ州シャロン）、又はＳ１４ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ（Ｐｈｏｔｏｎ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ， Ｉｎｃ．、米国オレゴン州ビーバートン）といった市販のデバイスを用いて測定できる。これらのデバイスは、測定基準屈折率に対する屈折率ｎ（ｒ）－ｎｍｅａｓを測定し、ここで測定基準屈折率ｎｍｅａｓは典型的には、オイル又は純シリカガラスに一致する較正済みの屈折率である。測定波長は、６３２．５ｎｍ、６５４ｎｍ、６７７．２ｎｍ、６５４ｎｍ、７０２．３ｎｍ、７２９．６ｎｍ、７５９．２ｎｍ、７９１．３ｎｍ、８２６．３ｎｍ、８６４．１ｎｍ、９０５．２ｎｍ、９４９．６ｎｍ、９９７．７ｎｍ、１０５０ｎｍ、又はこれらの間のいずれの屈折率であってよい。その後、絶対屈折率ｎ（ｒ）を用いて、式（１）によって定義されるように相対屈折率を計算する。
用語「αプロファイル（α‐ｐｒｏｆｉｌｅ又はａｌｐｈａ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、式（３）：
Figure 2023536418000014
で定義される関数の形式を有する相対屈折率プロファイルΔ（ｒ）を指し、ｒｏはΔ（ｒ）が最大となる半径方向位置であり、Δ（ｒ０）＞０であり、ｒｚ＞ｒ０はΔ（ｒ）がその最小値まで減少する半径方向位置であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲内であり、ｒｉはαプロファイルの初期半径方向位置であり、ｒｆはαプロファイルの最終半径方向位置であり、αは実数である。αプロファイルに関するΔ（ｒ０）は、本明細書ではΔｍａｘ、又はファイバの特定の領域ｉに関する場合はΔｉ，ｍａｘと呼ぶことができる。ファイバコア領域の相対屈折率プロファイルを、ｒ０が中心線（ｒ＝０）に生じ、ｒｚがコア領域の外半径ｒ１に対応するようなαプロファイルによって記述する場合、式（３）は式（４）：
Figure 2023536418000015
に簡略化される。
コア領域が式（４）で記述される屈折率を有する場合、外半径ｒ１は以下の手順によって、測定された相対屈折率プロファイルから決定できる。最大相対屈折率Δ１ｍａｘ、α、及び外半径ｒ１ｅｓｔの推定値は、測定された相対屈折率プロファイルの精査によって得られ、これらを用いて、ｒ＝－ｒ１ｅｓｔとｒ＝ｒ１ｅｓｔとの間の試験関数Δｔｒｉａｌが生成される。本開示の実施形態による、αプロファイルによって記述されるコアを有する代表的なガラスファイバの相対屈折率プロファイルが、図５及び６に示されている。
「トレンチ容積（ｔｒｅｎｃｈ ｖｏｌｕｍｅ）」は：
Figure 2023536418000016
として定義され、ここでｒＴｒｅｎｃｈ，ｉｎｎｅｒは、屈折率プロファイルのトレンチ領域の内半径であり、ｒＴｒｅｎｃｈ，ｏｕｔｅｒは、屈折率プロファイルのトレンチ領域の外半径であり、ΔＴｒｅｎｃｈ（ｒ）は、屈折率プロファイルのトレンチ領域の相対屈折率であり、ｒはファイバの半径方向位置である。トレンチ容積は絶対値かつ正の量であり、本明細書では、％Δマイクロメートル２、％Δ‐マイクロメートル２、％Δ・μｍ２、又は％Δμｍ２を単位として表され、ここでこれらの単位は本明細書では相互交換可能なものとして使用できる。トレンチ領域は本明細書では屈折率抑制クラッド領域（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ‐ｉｎｄｅｘ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）とも呼ばれ、トレンチ容積は本明細書ではＶ３とも呼ばれる。
光ファイバの「モードフィールド径（ｍｏｄｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ）」又は「ＭＦＤ」は、式（６）において：
Figure 2023536418000017
のように定義され、ここでｆ（ｒ）は、ガイドされている光信号の電場分布の横方向成分であり、ｒはファイバ内での半径方向位置である。「モードフィールド径」又は「ＭＦＤ」は光信号の波長に依存し、本明細書では１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び１６２５ｎｍの波長に関して報告される。本明細書中でモードフィールド径に言及する際には、波長を具体的に示す。特段明記されていない限り、モードフィールド径は、指定されている波長におけるＬＰ０１モードを指す。
光ファイバの「実効断面積（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ）」は、式（７）において：
Figure 2023536418000018
として定義され、ここでｆ（ｒ）は、ガイドされている光信号の電場分布の横方向成分であり、ｒはファイバ内での半径方向位置である。「実効断面積」又は「Ａｅｆｆ」は光信号の波長に依存し、本明細書では１５５０ｎｍの波長を参照していると理解される。
本明細書中で使用される場合、用語「減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）」は、信号が光ファイバに沿って移動する際の光パワーの損失である。減衰は、ＩＥＣ‐６０７９３‐１‐４０規格「減衰測定方法」に指定されているように測定した。
本明細書中では「曲げ損失（ｂｅｎｄ ｌｏｓｓ）」として表現される光ファイバの曲げ抵抗は、ＩＥＣ‐６０７９３‐１‐４７規格「測定方法及び試験手順－マクロベンド損失」に指定されているような、規定された試験条件下での誘導減衰によって測定できる。例えば上記試験条件は、規定された直径のマンドレルの周りにファイバを１周以上展開する、即ち巻き付けるステップ、例えば直径１５ｍｍ、２０ｍｍ、又は３０ｍｍ等のマンドレルの周りに１周巻き付ける（例えば「１×１５ｍｍ径曲げ損失」又は「１×２０ｍｍ径曲げ損失」又は「１×３０ｍｍ径曲げ損失」）ステップと、１周あたりの減衰の増大を測定するステップとを含むことができる。
本明細書中で使用される場合、「ケーブルカットオフ波長（ｃａｂｌｅ ｃｕｔｏｆｆ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）」又は「ケーブルカットオフ（ｃａｂｌｅ ｃｕｔｏｆｆ）」は、ＩＥＣ ６０７９３‐１‐４４規格「測定方法及び試験手順－カットオフ波長」に指定されているような、２２ｍケーブルカットオフ試験を参照する。
本明細書で開示される光ファイバは、コア領域、上記コア領域を取り囲むクラッド領域、及び上記クラッド領域を取り囲むコーティングを含む。コア領域及びクラッド領域はガラスである。クラッド領域は複数の領域を含む。複数のクラッド領域は、好ましくは同心の領域である。クラッド領域は、内側クラッド領域、屈折率抑制クラッド領域、及び外側クラッド領域を含む。内側クラッド領域は、コア領域を取り囲み、コア領域に直接隣接する。屈折率抑制クラッド領域は、内側クラッド領域を取り囲んで内側クラッド領域に直接隣接し、従って屈折率抑制クラッド領域は、半径方向において内側クラッドと外側クラッドとの間に配置される。外側クラッド領域は、屈折率抑制クラッド領域を取り囲み、屈折率抑制クラッド領域に直接隣接する。屈折率抑制クラッド領域は、内側クラッド領域及び外側クラッド領域より低い相対屈折率を有する。屈折率抑制クラッド領域は、本明細書ではトレンチ又はトレンチ領域と呼ばれる場合もある。内側クラッド領域の相対屈折率は、外側クラッド領域の相対屈折率未満であっても、外側クラッド領域の相対屈折率と等しくても、外側クラッド領域の相対屈折率より大きくてもよい。屈折率抑制クラッド領域は、曲げ損失及びマイクロベンドへの感受性の低減に寄与し得る。コア領域、内側クラッド領域、屈折率抑制クラッド領域、及び外側クラッド領域はそれぞれ、コア、クラッド、内側クラッド、屈折率抑制クラッド、及び外側クラッドとも呼ばれる。
本明細書中で使用される場合は常に、半径方向位置ｒ１及び相対屈折率Δ１又はΔ１（ｒ）はコア領域を表し、半径方向位置ｒ２及び相対屈折率Δ２又はΔ２（ｒ）は内側クラッド領域を表し、半径方向位置ｒ３及び相対屈折率Δ３又はΔ３（ｒ）は屈折率抑制クラッド領域を表し、半径方向位置ｒ４及び相対屈折率Δ４又はΔ４（ｒ）は外側クラッド領域を表し、半径方向位置ｒ５は任意の低弾性率内側コーティングを表し、半径方向位置ｒ６は高弾性率コーティングを表し、半径方向位置ｒ７は、任意の着色済み外側コーティングを表す。
相対屈折率Δ１（ｒ）は、最大値Δ１ｍａｘ及び最小値Δ１ｍｉｎを有する。相対屈折率Δ２（ｒ）は、最大値Δ２ｍａｘ及び最小値Δ２ｍｉｎを有する。相対屈折率Δ３（ｒ）は、最大値Δ３ｍａｘ及び最小値Δ３ｍｉｎを有する。相対屈折率Δ４（ｒ）は、最大値Δ４ｍａｘ及び最小値Δ４ｍｉｎを有する。相対屈折率がある領域にわたって一定又は略一定である実施形態では、相対屈折率の最大値と最小値とは、等しいか又は略等しい。特段明記されていない限り、ある単一の値が、ある領域の相対屈折率に関して報告されている場合、この単一の値は、該領域に関する平均値に相当する。
中央のコア領域は略円筒形であること、並びに周囲の内側クラッド領域、屈折率抑制クラッド領域、外側クラッド領域、低弾性率コーティング、及び高弾性率コーティングは略環状であることが理解される。環状領域は、内半径及び外半径に関して特性決定される。本明細書では、半径方向位置ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６、及びｒ７はそれぞれ、コア、内側クラッド、屈折率抑制クラッド、外側クラッド、任意の低弾性率内側コーティング、高弾性率コーティング、及び任意の着色済み外側コーティングの最外半径を指す。着色済み外側コーティングを備えない実施形態では、半径ｒ６は、光ファイバの外半径にも相当する。着色済み外側コーティングは、高い弾性率を有していてよい。着色済み外側コーティングが存在する場合、半径ｒ７が、光ファイバの外半径に相当する。
２つの領域が互いに直接隣接している場合、これら２つの領域のうちの内側の領域の外半径は、これら２つの領域のうちの外側の領域の内半径と一致する。例えば光ファイバは、外側クラッド領域に取り囲まれた、外側クラッドに直接隣接する屈折率抑制クラッド領域を含む。半径ｒ３は、屈折率抑制クラッド領域の外半径及び外側クラッド領域の内半径に相当する。相対屈折率プロファイルはまた、内側クラッド領域を取り囲んで内側クラッド領域に直接隣接する、屈折率抑制クラッド領域を含む。半径方向位置ｒ２は、内側クラッド領域の外半径及び屈折率抑制クラッド領域の内半径に相当する。同様に、半径方向位置ｒ１は、コア領域の外半径及び内側クラッド領域の内半径に相当する。
半径方向位置ｒ２と半径方向位置ｒ１との間の差は、本明細書では内側クラッド領域の厚さと呼ばれる。半径方向位置ｒ３と半径方向位置ｒ２との間の差は、本明細書では屈折率抑制クラッド領域の厚さと呼ばれる。半径方向位置ｒ４と半径方向位置ｒ３との差は、本明細書では外側クラッド領域の厚さと呼ばれる。半径方向位置ｒ５と半径方向位置ｒ４との間の差は、本明細書では低弾性率コーティングの厚さと呼ばれる。半径方向位置ｒ６と半径方向位置ｒ５との間の差は、本明細書では高弾性率コーティングの厚さと呼ばれる。
これ以降で更に説明するように、コア領域、内側クラッド領域、屈折率抑制クラッド領域及び外側クラッド領域の相対屈折率は異なっていてよい。各領域は、ドープ又は非ドープシリカガラスから形成してよい。非ドープシリカガラスに関する屈折率の変動は、当業者に公知の技法を用いて、目標の屈折率又は屈折率プロファイルを提供するように設計されたレベルのアップドーパント又はダウンドーパントを組み込むことにより、達成できる。アップドーパントは、非ドープガラス組成物に比べてガラスの屈折率を上昇させるドーパントである。ダウンドーパントは、非ドープガラス組成物に比べてガラスの屈折率を低下させるドーパントである。一実施形態では、非ドープガラスはシリカガラスである。非ドープガラスがシリカガラスである場合、アップドーパントとしてはＣｌ、Ｂｒ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＴａが挙げられ、ダウンドーパントとしてはフッ素及びホウ素が挙げられる。定常屈折率の領域は、ドープしないことによって、又は該領域の厚さ全体にわたって均一の濃度でドープすることによって、形成できる。可変屈折率の領域は、該領域の厚さ全体にわたるドーパントの不均一な空間的分散によって、及び／又は異なる領域に異なるドーパントを組み込むことによって、形成される。
ヤング率、％伸び、及び引裂き強度の値は、本明細書に記載の手順による測定条件下で決定される値を指す。
これより、本記載の例示的な実施形態を詳細に参照する。
一実施形態は、光ファイバに関する。光ファイバは、コーティングに取り囲まれたガラスファイバを含む。光ファイバの一例が、図１に概略断面図で示されている。光ファイバ１０は、任意の低弾性率内側コーティング１６及び高弾性率コーティング１８に取り囲まれたガラスファイバ１１を含む。いくつかの実施形態では、高弾性率コーティング１８は顔料を含んでよい。ガラスファイバ１１、任意の低弾性率内側コーティング１６、及び高弾性率コーティング１８に関する更なる説明を以下で提供する。更に、１つ以上の着色済み外側コーティング層が高弾性率コーティング１８を取り囲んでいてよい。
図２は光ファイバリボン３０を示し、これは、複数の光ファイバ２０と、上記複数の光ファイバをカプセル化するマトリクス３２とを含んでよい。光ファイバ２０はそれぞれ、上述のように、コア領域、クラッド領域、任意の低弾性率内側コーティング、及び高弾性率コーティングを含む。光ファイバ２０は上述のように、着色済み外側コーティングを含む場合もある。
図２に示されているように、光ファイバ２０は、互いに対して、略平面内かつ平行な関係に整列される。光ファイバリボン３０内の光ファイバは、従来の光ファイバリボン作製方法によって、複数の公知の構成のうちのいずれ（例えば縁部結合リボン、薄膜カプセル化リボン、厚膜カプセル化リボン、又は多層リボン）でリボンマトリクス３２によってカプセル化される。図２の実施形態の光ファイバリボン３０は１２本の光ファイバ２０を内包している。しかしながら、ある特定の用途のための光ファイバリボン３０を形成するために、いずれの本数の光ファイバ２０（例えば２本以上、４本以上、６本以上、８本以上、１２本以上、又は１６本以上）を採用してよいことことが企図される。リボンマトリクス３２は、高弾性率コーティングの引張特性と同様の引張特性を有し、高弾性率コーティングの調製に使用されるものと同一の、類似した、又は異なる組成物から形成できる。
図３は光ファイバケーブル４０を示し、これは、ジャケット４２に取り囲まれた複数の光ファイバ２０を含む。いくつかの実施形態では、光ファイバケーブル４０は海底ケーブルである。いくつかの実施形態では、光ファイバケーブル４０は、データセンター内の相互接続スキームのファイバリボンに使用される。光ファイバ２０は、ジャケット４２の内面４４によって囲まれた導管内に、密に又は緩く詰め込まれていてよい。ジャケット４２内に配置されるファイバの本数は、光ファイバケーブル４０の「ファイバ数（ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｎｔ）」と呼ばれる。以下で更に説明されるように、本開示の光ファイバは直径が削減されているため、高い「ファイバ数」を提供する。
ジャケット４２は、押出成形されたポリマー材料から形成され、ポリマー又は他の材料の複数の同心層を含んでよい。光ファイバケーブル４０は、ジャケット４２内に埋め込まれた、又は内面４４によって画定される導管内に配置された、１つ以上の強化部材（図示せず）を含んでよい。強化部材は、ジャケット４２より高い剛性を有するファイバ又はロッドを含む。強化部材は、金属、編組鋼、ガラス補強プラスチック、ファイバガラス、又は他の好適な材料から作製できる。光ファイバケーブル４０は、例えば装甲層、防湿層、リップコードといった、ジャケット４２に取り囲まれた他の層を含んでよい。更に光ファイバケーブル４０は、撚り線状の緩いチューブのコア、又は他の光ファイバケーブル構成を有してよい。
ガラスファイバ
図１に示されているように、ガラスファイバ１１は、当業者には公知であるように、コア領域１２及びクラッド領域１４を含む。コア領域１２はクラッド領域１４より高い屈折率を有し、ガラスファイバ１１は導波路として機能する。多くの用途において、コア領域１２及びクラッド領域１４は、識別可能なコア‐クラッド間の境界を有する。あるいはコア領域１２及びクラッド領域１４には明確な境界がなくてもよい。
いくつかの実施形態では、コア領域１２は、ガラスファイバの中心からの距離と共に屈折率が変化する。例えばコア領域１２は、２以上かつ１００以下のα値、又は例えば２以上かつ１０以下、若しくは２以上かつ６以下、若しくは２以上かつ４以下、若しくは４以上かつ２０以下、若しくは６以上かつ２０以下、若しくは８以上かつ２０以下、若しくは１０以上かつ２０以下、若しくは１０以上かつ４０のα値の（上述の式（３）によって定義された）αプロファイルを有する相対屈折率プロファイルを有してよい。
ある例示的な光ファイバの概略断面図が図４に示されている。いくつかの実施形態では、図４の光ファイバは、海底ケーブルに使用でき、又は海底中継器の部品を光学的に接続するために使用できる。いくつかの実施形態では、図４の光ファイバは、データセンターの相互接続に使用できる。図４では、光ファイバ４６は、コア領域４８、クラッド領域５０、任意の低弾性率コーティング５６、及び高弾性率コーティング５８を含む。クラッド領域５０は、内側クラッド領域５１、屈折率抑制クラッド領域５３、及び外側クラッド領域５５を含む。任意に、着色済み外側コーティング層（例えばインク層）が高弾性率コーティングを取り囲むか、又は高弾性率コーティングに直接隣接する。
上述のように、光ファイバ４６のコーティングの直径を削減できる。このように削減された１つ以上の直径により、例えば海底ケーブル若しくは中継器、又はデータセンターの相互接続に使用する場合に、光ファイバ４６のファイバ密度（例えば「ファイバ数」）を増大させることができる。比較的小さな直径の光ファイバ４６を用いて、減衰を小さくし、実効断面積を大きくし、曲げ損失を小さくし、機械的信頼性を十分に高めるために、ファイバの特性を、以下で更に説明されるように特に調整する。
本開示の実施形態によるガラスファイバの代表的な相対屈折率が、図５に示されている。図５の光ファイバ６０のプロファイルは：外半径ｒ１及び相対屈折率Δ１（最大相対屈折率Δ１ｍａｘ）を有するコア領域（１）；半径方向位置ｒ１から半径方向位置ｒ２まで延在し、相対屈折率Δ２を有する、内側クラッド領域（２）；半径方向位置ｒ２から半径方向位置ｒ３まで延在し、相対屈折率Δ３を有する、屈折率抑制クラッド領域（３）；並びに半径方向位置ｒ３から半径方向位置ｒ４まで延在し、相対屈折率Δ４を有する、外側クラッド領域（４）を示す。図５のプロファイルのうち、屈折率抑制クラッド領域（３）は本明細書中ではトレンチと呼ばれる場合があり、内側クラッド領域（２）及び外側クラッド領域（４）の相対屈折率未満の定常又は平均相対屈折率を有する。コア領域（１）は、このプロファイルにおいて最高の平均及び最大相対屈折率を有する。いくつかの実施形態では、コア領域（１）は、中心線又はその付近に比較的低屈折率の領域を含んでよい（当該技術分野では「中心線ディップ（ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ ｄｉｐ）」として知られる）（図示せず）。いくつかの実施形態では、コア領域（１）は、中心線又はその付近に比較的高屈折率の領域を含んでよい（当該技術分野では「中心線スパイク（ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ ｓｐｉｋｅ）」と呼ばれる）（図示せず）。
図５の相対屈折率プロファイルでは、ガラスファイバのコア領域（１）は、２以上かつ２０以下のα値のαプロファイルを有する。上記αプロファイルの（Δ１ｍａｘに対応する）半径方向位置ｒ０は、ファイバの中心線（ｒ＝０）に対応し、上記αプロファイルの半径方向位置ｒｚは、コア半径ｒ１に対応する。中心線ディップを有する実施形態では、半径方向位置ｒ０はファイバの中心線からずれていてよい。いくつかの実施形態では、相対屈折率Δ１は、中心線から離れる半径方向に、連続的に減少する。他の実施形態では、相対屈折率Δ１は、中心線とｒ１との間のいくつかの半径方向位置にわたって変動し、また中心線とｒ１との間の他の半径方向位置にわたって一定又は略一定の値を含む。
図５では、内側クラッド領域（２）から屈折率抑制クラッド領域（３）への遷移領域６１、及び屈折率抑制クラッド領域（３）から外側クラッド領域（４）への遷移領域６２が、階段状の変化として示されている。階段状の変化は理想化されたものであること、並びに遷移領域６１及び／又は遷移領域６２は実際には、図５に示されているように厳密に垂直でない場合があることを理解されたい。そうではなく、遷移領域６１及び／又は遷移領域６２は、傾斜又は湾曲を有する場合がある。遷移領域６１及び／又は遷移領域６２が垂直でない場合、屈折率抑制クラッド領域（３）の内半径ｒ２及び外半径ｒ３は、それぞれ遷移領域６１及び遷移領域６２の中点に対応する。これら中点は、屈折率抑制クラッド領域（３）の深さ６３の半分に対応する。
図５に示されている相対屈折率プロファイル中の相対屈折率Δ１、Δ２、Δ３及びΔ４の相対的順序は、条件Δ１ｍａｘ＞Δ４＞Δ３及びΔ１ｍａｘ＞Δ２＞Δ３を満たす。Δ２及びΔ４の値は等しくてよく、又はいずれかが他方より大きくてよいが、Δ２及びΔ４はいずれもΔ１ｍａｘとΔ３との間である。
相対屈折率Δ１、Δ２、Δ３、及びΔ４は、コア領域、内側クラッド領域、屈折率抑制クラッド領域、及び外側クラッド領域に使用される材料に基づく。相対屈折率Δ１、Δ２、Δ３、及びΔ４に関するこれらの材料の説明を以下に提供する。
図５はある例示的な光ファイバの概略断面図を示しているが、本明細書に記載の実施形態に、他の好適な光ファイバを使用してもよい。例えば図９は、本明細書に記載の実施形態に使用できるシングルモードファイバの一般的なプロファイルの設計の概略断面図である。図９の光ファイバのプロファイルは：外半径ｒ１及び相対屈折率Δ１を有するコア領域；半径方向位置ｒ１から半径方向位置ｒ２まで延在し、相対屈折率Δ２を有する、内側クラッド領域；半径方向位置ｒ２から半径方向位置ｒ３まで延在し、相対屈折率Δ３を有する、屈折率抑制クラッド領域；並びに半径方向位置ｒ３から半径方向位置ｒ４まで延在し、相対屈折率Δ４を有する、外側クラッド領域を示す。以下の表１及び２は、本明細書に記載の実施形態に使用できる様々な例示的なファイバプロファイル設計を示し、表３は、本明細書に記載の実施形態に使用できる様々な例示的な光ファイバプロファイル設計の、様々な光学特性を示す。
Figure 2023536418000019
Figure 2023536418000020
Figure 2023536418000021
Figure 2023536418000022
コア領域
コア領域はシリカガラスを含む。コア領域のシリカガラスは、非ドープシリカガラス、アップドープシリカガラス、及び／又はダウンドープシリカガラスであってよい。アップドープシリカガラスは、アルカリ金属酸化物（例えばＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、又はＲｂ２Ｏ）がドープされたシリカガラスを含む。ダウンドープシリカガラスは、Ｆがドープされたシリカガラスを含む。一実施形態では、コア領域のシリカガラスは、Ｇｅ非含有及び／又はＣｌ非含有であってよく、即ちコア領域は、Ｇｅ及び／又はＣｌを含まないシリカガラスを含む。
更に、又はあるいは、コア領域は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、及び／又はフランシウム（Ｆｒ）といった少なくとも１つのアルカリ金属がドープされたシリカガラスを含んでよい。いくつかの実施形態では、シリカガラスには、ナトリウム、カリウム、及びルビジウムの組み合わせがドープされている。シリカガラスのピークアルカリ濃度は、約１０ｐｐｍ～約５００、又は約２０ｐｐｍ～約４５０ｐｐｍ、又は約５０ｐｐｍ～約３００ｐｐｍ、又は約１０ｐｐｍ～約２００ｐｐｍ、又は約１０ｐｐｍ～約１５０ｐｐｍであってよい。本開示の範囲内でのアルカリ金属のドープは、レイリー散乱の低下をもたらし、従って光ファイバ減衰を提供する。
いくつかの実施形態では、コア領域は、アルカリ金属がドープされ、またダウンドーパントとしてＦがドープされた、シリカガラスを含む。ファイバのコア中のＦの濃度は、約０．１重量％～約２．５重量％、又は約０．２５重量％～約２．２５重量％、又は約０．３重量％～約２．０重量％である。
他の実施形態では、コア領域は、Ｇｅ及び／又はＣｌがドープされたシリカガラスを含む。ファイバのコア中のＧｅＯ２の濃度は、約２．０～約８．０重量％、又は約３．０～約７．０重量％、又は約４．０～約６．５重量％であってよい。ファイバのコア中のＣｌの濃度は、１．０重量％～６．０重量％、又は１．２重量％～５．５重量％、又は１．５重量％～５．０重量％、又は２．０重量％～４．５重量％、又は１．５重量％以上（例えば２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上等）であってよい。
コアがＧｅ又はＣｌを実質的に含まない実施形態では、コア領域の相対屈折率Δ１又はΔ１ｍａｘは、約－０．１０％～約０．２０％、又は約－０．０５％～約０．１５％、又は約０．０％～約０．１０％である。コアの最小相対屈折率Δ１ｍｉｎは、約－０．２０％～約－０．５０％、又は約－０．３０％～約－０．４０％、又は約－０．３２％～約－０．３７％である。Δ１ｍａｘとΔ１ｍｉｎとの差は、０．０５％超、又は０．１０％超、又は０．１５％超、又は０．２０％超、又は０．０５％～０．４０％、又は０．１０％～０．３５％である。
コアにＧｅ及び／又はＣｌがドープされている実施形態では、コア領域の相対屈折率Δ１又はΔ１ｍａｘは、約０．２０％～約０．４５％、又は約０．２５％～約０．４０％、又は約０．３０％～約０．３８％である。コアの最小相対屈折率Δ１ｍｉｎは、約－０．０５％～約－０．０５％、又は約－０．０３％～約０．０３％、又は約－０．０２％～約０．０２％である。Δ１ｍａｘとΔ１ｍｉｎとの差は、０．２０％超、又は０．２５％超、又は０．３０％超、又は０．２５％～０．４５％、又は０．３０％～０．４０％である。
コア領域の半径ｒ１は、約３．０マイクロメートル～約６．５マイクロメートル、又は約３．５マイクロメートル～約６．０マイクロメートル、又は約４．０マイクロメートル～約６．０マイクロメートル、又は約４．５マイクロメートル～約５．５マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、コア領域は、半径方向の幅が少なくとも１．０マイクロメートル、又は少なくとも２．０マイクロメートル、又は少なくとも３．０マイクロメートル、又は１．０マイクロメートル～３．０マイクロメートル、又は２．０マイクロメートル～３．０マイクロメートルである、相対屈折率が一定又は略一定の部分を含む。いくつかの実施形態では、コア領域の、相対屈折率が一定又は略一定の部分の相対屈折率は、Δ１ｍｉｎである。
内側クラッド領域
コアがＧｅ又はＣｌを実質的に含まない実施形態では、内側クラッド領域は、Ｆがドープされたダウンドープシリカガラスで構成される。内側クラッド領域中のダウンドーパントの平均濃度は、コア領域中のダウンドーパントの平均濃度より高い。
内側クラッド領域の相対屈折率Δ２又はΔ２ｍａｘは、約－０．２０％～約－０．５０％、又は約－０．２５％～約－０．４５％、又は約－０．３０％～約－０．４０％、又は約－０．３３％～約－０．３７％である。相対屈折率Δ２は好ましくは一定又は略一定である。差Δ１ｍａｘ－Δ２（又は差Δ１ｍａｘ－Δ２ｍａｘ）は、約０．２５％超、又は約０．３０％超、又は約０．３５％超、又は約０．２５％～約０．４５％、又は約０．３０％～約０．４０％である。
内側クラッド領域の半径ｒ２は、約７．０マイクロメートル～約１５．０マイクロメートル、又は約７．５マイクロメートル～約１３．０マイクロメートル、又は約８．０マイクロメートル～約１２．０マイクロメートル、又は約８．５マイクロメートル～約１１．５マイクロメートル、又は約９．０マイクロメートル～約１１．０マイクロメートル、又は約９．５マイクロメートル～約１０．５マイクロメートルである。内側クラッド領域の厚さｒ２－ｒ１は、約３．０マイクロメートル～約１０．０マイクロメートル、又は約４．０マイクロメートル～約９．０マイクロメートル、又は約４．５マイクロメートル～約７．０マイクロメートルである。
コアにＧｅ及び／又はＣｌがドープされている実施形態では、内側クラッド領域は、Ｇｅ及び／又はＣｌを実質的に含まないシリカを含む。内側クラッド領域の相対屈折率Δ２又はΔ２ｍａｘは、約－０．０５％～約－０．０５％、又は約－０．０３％～約０．０３％、又は約－０．０２％～約０．０２％である。相対屈折率Δ２は好ましくは一定又は略一定である。差Δ１ｍａｘ－Δ２（又は差Δ１ｍａｘ－Δ２ｍａｘ）は、約０．２０％超、又は約０．２５％超、又は約０．３０％超、又は約０．２５％～約０．４０％、又は約０．３０％～約０．３８％である。
内側クラッド領域の半径ｒ２は、約８．０マイクロメートル～約１６．０マイクロメートル、又は約９．０マイクロメートル～約１５．０マイクロメートル、又は約１０．０マイクロメートル～約１４．０マイクロメートル、又は約１０．５マイクロメートル～約１３．５マイクロメートル、又は約１１．０マイクロメートル～約１３．０マイクロメートルである。内側クラッド領域の厚さｒ２－ｒ１は、約３．０マイクロメートル～約１０．０マイクロメートル、又は約４．０マイクロメートル～約９．０マイクロメートル、又は約５．０マイクロメートル～約８．０マイクロメートルである。
屈折率抑制クラッド領域
屈折率抑制クラッド領域はダウンドープシリカガラスを含む。上述のように、好ましいダウンドーパントはフッ素である。屈折率抑制クラッド領域中のフッ素の濃度は、約０．３０重量％～約２．５０重量％、又は約０．６０重量％～約２．２５重量％、又は約０．９０重量％～約２．００重量％である。
相対屈折率Δ３又はΔ３ｍｉｎは、約－０．３０％～約－０．８０％、又は約－０．４０％～約－０．７０％、又は約－０．５０％～約－０．６５％である。相対屈折率Δ３は好ましくは一定又は略一定である。差Δ１ｍａｘ－Δ３（又は差Δ１ｍａｘ－Δ３ｍｉｎ、又は差Δ１－Δ３、又は差Δ１－Δ３ｍｉｎ）は、約０．５０％超、又は約０．５５％超、又は約０．６％超、又は約０．５０％～約０．８０％、又は約０．５５％～約０．７５％である。差Δ２－Δ３（又は差Δ２－Δ３ｍｉｎ、又は差Δ２ｍａｘ－Δ３、又は差Δ２ｍａｘ－Δ３ｍｉｎ）は、約０．１０％超、又は約０．２０％超、又は約０．３０％超、又は約０．１０％～約０．７０％、又は約０．２０％～約０．６５％である。
屈折率抑制クラッド領域の内半径はｒ２であり、上で指定された値を有する。屈折率抑制クラッド領域の外半径ｒ３は、約１０．０マイクロメートル～２０．０マイクロメートル、又は約１２．０マイクロメートル～約１９．５マイクロメートル、又は約１３．０マイクロメートル～約１９．０マイクロメートル、又は約１３．５マイクロメートル～約１８．５マイクロメートル、又は約１４．０マイクロメートル～約１８．０マイクロメートル、又は約１４．５マイクロメートル～約１７．５マイクロメートルである。屈折率抑制クラッド領域の厚さｒ３－ｒ２は、１．０マイクロメートル～１２．０マイクロメートル、又は約２．０マイクロメートル～約１０．０マイクロメートル、又は約２．５マイクロメートル～約９．０マイクロメートル、又は約３．０マイクロメートル～約８．０マイクロメートルである。
屈折率抑制クラッド領域は、トレンチ容積が約３０％Δ‐マイクロメートル２以上、又は約５０％Δ‐マイクロメートル２以上、又は約７５％Δ‐マイクロメートル２以下、又は約３０％Δ‐マイクロメートル２以上かつ７５％Δ‐マイクロメートル２以下、又は約５０％Δ‐マイクロメートル２以上かつ約７５％Δ‐マイクロメートル２以下のオフセットトレンチ設計であってよい。本開示の範囲よりトレンチ容積が小さいと、曲げ性能が低下し、本開示の範囲よりトレンチ容積が大きいと、シングルモードファイバとして動作しなくなる。
本明細書で開示されるオフセットトレンチ設計は、内側クラッド領域を含む。更に、本明細書で開示されるオフセットトレンチ設計は、コア領域に隣接する従来のトレンチの設計を上回る利点を提供する。より具体的には、本明細書で開示されるオフセットトレンチ設計は、基本モードの閉じ込めを低減し、また、目標の光ファイバモードフィールド径及びケーブルカットオフ特性について、大きな曲げ半径（例えば２５ｍｍを超える曲げ半径）において、曲げ損失の改善を提供する。更に、本明細書で開示されるトレンチの設計は、光ファイバを通して伝播する基本ＬＰ０１モードの強度プロファイルを有利に閉じ込める、屈折率抑制トレンチ領域を有し、これによって光ファイバモードフィールド径が削減される。
外側クラッド領域
コアがＧｅ又はＣｌを実質的に含まない実施形態では、外側クラッド領域はダウンドープシリカガラスを含む。好ましいダウンドーパントはフッ素である。外側クラッド領域中のフッ素の濃度は、約０．３０重量％～約２．２０重量％、又は約０．６０重量％～約２．００重量％、又は約０．９０重量％～約１．８０重量％である。外側クラッド領域の相対屈折率Δ４又はΔ４ｍａｘは、約－０．２０％～約－０．５０％、又は約－０．２５％～約－０．４５％、又は約－０．３０％～約－０．４０％、又は約－０．３３％～約０．３７％である。相対屈折率Δ４は好ましくは一定又は略一定である。図５に示されているように、相対屈折率Δ４は相対屈折率Δ２とおおよそ等しくてよい。
ある実施形態では、外側クラッドは略純粋なシリカである。あるいは外側クラッドには、約０．０１％～約０．１％、又は約０．０２％～約０．０８％、又は約０．０３％～約０．０６％の相対屈折率まで、Ｃｌをドープしてよい。外側クラッド中のＣｌの濃度は、約０．１重量％～約１．０重量％、約０．２重量％～約０．８重量％、又は約０．３重量％～約０．６重量％であってよい。あるいは、擦過傷等の欠陥がファイバを通って伝播するのを防止するために、外側クラッドにチタニアをドープすることによってクラッド表面を強化してよい。いくつかの実施形態では、外側クラッドに、約５重量％～約２５重量％の濃度のチタニアをドープしてよい。
外側クラッドの内半径はｒ３であり、上で指定されている値を有する。いくつかの実施形態では、クラッド位置合わせスプライサーを用いた、クラッド直径が１２５マイクロメートルの従来のファイバへのスプライシングを容易にするために、外半径ｒ４は約６２．５マイクロメートルである。外側クラッド領域の外半径ｒ４は、６０．０マイクロメートル～６５．０マイクロメートル、又は６１．０マイクロメートル～６４．０マイクロメートル、又は６２．０マイクロメートル～６３．０マイクロメートル、又は６２．２５マイクロメートル～６２．７５マイクロメートルである。よって例えば、クラッド領域の直径（即ち外半径ｒ４の２倍）は、１２０．０マイクロメートル～１３０．０マイクロメートル、又は１２２．０マイクロメートル～１２８．０マイクロメートル、又は１２４．０マイクロメートル～１２６．０マイクロメートル、又は１２４．５マイクロメートル～１２５．５マイクロメートルである。外側クラッド領域の厚さｒ４－ｒ３は、約２０．０マイクロメートル～約６０．０マイクロメートル、又は約３０．０マイクロメートル～約５５．０マイクロメートル、又は約４０．０マイクロメートル～約５０．０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、低弾性率コーティング及び高弾性率コーティングの厚さを増大させることができるように、外半径ｒ４は約５０マイクロメートルである。外側クラッド領域の外半径ｒ４は、４５．０マイクロメートル～５５．０マイクロメートル、又は４９．０マイクロメートル～５１．０マイクロメートル、又は４９．５マイクロメートル～５０．５マイクロメートル、又は４９．６５マイクロメートル～５０．３５マイクロメートルである。よって例えば、クラッド領域の直径（即ち外半径ｒ４の２倍）は、９０．０マイクロメートル～１１０．０マイクロメートル、又は９８．０マイクロメートル～１０２．０マイクロメートル、又は９９．０マイクロメートル～１０１．０マイクロメートル、又は９９．３マイクロメートル～１００．７マイクロメートルである。外側クラッド領域の厚さｒ４－ｒ３は、約２０．０マイクロメートル～約５０．０マイクロメートル、又は約２５．０マイクロメートル～約４５．０マイクロメートル、又は約３０．０マイクロメートル～約４０．０マイクロメートルである。
光ファイバの特性
本開示の実施形態による光ファイバは、１３１０ｎｍにおいて約９．０マイクロメートル～約１０．０マイクロメートル、及び１５５０ｎｍにおいて約１０．０マイクロメートル～約１１．０マイクロメートルのモードフィールド径を、約１５２０ｎｍ未満のケーブルカットオフと共に有してよい。いくつかの実施形態では、２２メートルケーブルカットオフ波長は、約１５００ｎｍ未満、又は約１４５０ｎｍ未満、又は約１４００ｎｍ未満、又は約１３００ｎｍ未満、又は約１２６０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、２メートルファイバカットオフ波長は、約１５２０ｎｍ未満、又は約１５００ｎｍ未満、又は約１４５０ｎｍ未満、又は約１４００ｎｍ未満、又は約１３００ｎｍ未満、又は約１２６０ｎｍ未満である。
更に、本開示の実施形態による光ファイバは、１５５０ｎｍにおいて約７５．０マイクロメートル２超、約８０マイクロメートル２超、又は約８５マイクロメートル２超、又は約７５マイクロメートル２～約９５マイクロメートル２、又は約８０マイクロメートル２～約９０マイクロメートル２、又は約８５マイクロメートル２～約９０マイクロメートル２の実効断面積を有してよい。
本明細書で開示される光ファイバの減衰は、１３１０ｎｍの波長において、０．３６ｄＢ／ｋｍ以下、又は０．３０ｄＢ／ｋｍ以下、又は０．２８ｄＢ／ｋｍ以下、又は０．２６ｄＢ／ｋｍ以下である。本明細書で開示される光ファイバの減衰は、１５５０ｎｍの波長において、０．２４ｄＢ／ｋｍ以下、又は０．２２ｄＢ／ｋｍ以下、又は０．２０ｄＢ／ｋｍ以下である。
図５に示されているように、光ファイバ６０は、アルカリドープコアを有し、コア領域の相対屈折率Δ１（１）は約－０．３％～約－０．４２％であり、コア半径（ｒ１）は約４マイクロメートル～約６．５マイクロメートルである、光ファイバの例示的実施形態を提供する。更に、光ファイバ６０の内側クラッド領域の厚さは、約２マイクロメートル～約１２マイクロメートルである。光ファイバ６０は、トレンチ容積が５４．５％Δ‐マイクロメートル２のオフセットトレンチ設計を有する。光ファイバ６０のクラッドにはフッ素がドープされ、屈折率抑制クラッド領域の半径（ｒ３）は約１７．５マイクロメートルである。光ファイバ６０の光学特性を以下の表４に示す。
Figure 2023536418000023
図６は、アルカリドープコアを有し、トレンチ容積が約５０％Δ‐マイクロメートル２超である、光ファイバの第２の実施形態６４及び第３の実施形態６５を示し、クラッドにはフッ素がドープされ、屈折率抑制クラッド領域の半径（ｒ３）は約１７．５マイクロメートルである。以下の表５に示されているように、光ファイバ６４の１３１０ｎｍでのモードフィールド径は９．０７マイクロメートルとなり、光ファイバ６５の１３１０ｎｍでのモードフィールド径は９．３９マイクロメートルとなる。光ファイバ６４及び６５の光学特性を以下の表５に示す。
Figure 2023536418000024
図７は、Ｇｅドープコアを有し、トレンチ容積が５０％Δ‐マイクロメートル２である、光ファイバの実施形態６６を示し、内側領域及びクラッド領域は略純粋なシリカであり、屈折率抑制クラッド領域の半径（ｒ３）は約１６．８マイクロメートルである。以下の表６に示されているように、光ファイバ６６の１５５０ｎｍでのモードフィールド径は１０．６マイクロメートルとなる。光ファイバ６６の屈折率プロファイルパラメータ及び光学特性を以下の表６に示す。
Figure 2023536418000025
光ファイバ６０、６４、６５及び６６のオフセットトレンチ設計は、本明細書で開示される比較的小径のファイバに、改善された曲げ性能を提供する。より具体的には、本明細書で開示されるオフセットトレンチ設計は、クラッド直径が約１２５マイクロメートル、外側コーティング直径が１７５マイクロメートル未満のコンパクトな形態において、低い減衰、大きな実効断面積、及び低い曲げ損失を提供する。
コーティング特性
光ファイバを通る光の透過率は、ガラスファイバに適用されるコーティングの特性に依存する。上述のように（また図４を参照すると）、コーティングは任意の低弾性率内側コーティング５６と、高弾性率コーティング５８とを含んでよく、上記高弾性率コーティングは上記任意の低弾性率内側コーティングを取り囲み、上記任意の低弾性率内側コーティングは（クラッド領域に取り囲まれた中心のコア領域を含む）ガラスファイバに接触する。任意の着色済み外側コーティング層（例えばインク層）は、上記高弾性率コーティングを取り囲み、また上記高弾性率コーティングに直接接触する。
高弾性率コーティング５８は、任意の低弾性率コーティング５６よりも硬質の（ヤング率が高い）材料であり、光ファイバの加工、取り扱い、及び配備中に生じる摩擦又は外力によって引き起こされる損傷から、ガラスファイバを保護するように設計される。任意の低弾性率内側コーティング５６は、高弾性率コーティング５８よりも軟質の（ヤング率が低い）材料であり、高弾性率コーティングの外面に印加される力に起因する応力を緩衝する又は放散させるように設計される。任意の低弾性率コーティングは、光ファイバがケーブル内への配備時に受けるマイクロベンドによって生じる応力の放散を支援できるが、光学的相互接続等の長さが短い用途にとっては必須ではない。ガラスファイバに伝達されるマイクロベンド応力は、最小限に抑える必要がある。というのは、マイクロベンド応力はガラスファイバの屈折率プロファイルに局所的な混乱を生成するためである。局所的な屈折率の混乱は、ガラスファイバを通して伝送される光の強度損失につながる。応力を放散させることにより、任意の低弾性率コーティングは、マイクロベンドによって生じる強度損失を最小限に抑える。
光ファイバ上のコーティングが薄いほど、外的摂動に対する保護の提供が小さくなるため、マイクロベンド損失が増大すると考えられる。これらの摂動により、コア内でガイドされる光（コアモード）から、クラッド内のより高次のモード（クラッドモード）へのパワー結合が生じる。図１０に示されているように、クラッドモードは、高い吸収率を有するコーティング層とかなり重なる可能性がある。このような、コーティング材料による結合及び吸収のプロセスによって、光パワーの損失がもたらされる。
光ファイバのマイクロベンド損失をコーティングの特性に関して定量化するためのアプローチは、ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， Ｖｏｌ． Ｅ７６‐Ｂ、Ｎｏ． ４， ｐｐ． ３５２‐３５７ （１９９３年４月）中の、Ｊ． Ｂａｌｄａｕｆ、Ｎ． Ｏｋａｄａ及びＭ． Ｍｉｙａｍｏｔｏによる「Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｄｕａｌ Ｃｏａｔｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｂｅｎｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ」という標題の記事で公開されている。上述の著者らは、二次（高弾性率）コーティングとガラスファイバとを結合させる力の実効ばね定数であるパラメータχｓを導入した。このばね定数のパラメータ化は、低弾性率の厚い一次（低弾性率）コーティングがより良好なマイクロベンド性能を提供することの定性的なガイダンスを提供するものの、ガラス及び高弾性率の寄与を完全には捉えていない。
ガラスと、低弾性率内側コーティングと、高弾性率コーティングとの役割の組み合わせは、以下のマクロベンド減衰ペナルティ（ＭＡＰ）：
Figure 2023536418000026
をもたらし、ここでｆ０及びσは、高弾性率コーティングに接触する外側表面の、それぞれ平均側圧及び粗度の標準偏差であり、
Figure 2023536418000027
である。ｆＲＩＰは屈折率プロファイルの役割を説明するものであり、次数は１である。減衰データは、ｆＲＩＰが、ステップインデックス型屈折率プロファイルを有するシングルモードファイバに関しておよそ１．０であり、クラッドに屈折率抑制トレンチを含む屈折率プロファイルを有する曲げ不感シングルモードファイバに関して約０．５であることを示している。式８の他の３つの項は、ガラス、低弾性率内側コーティング、並びに低弾性率内側及び高弾性率コーティングを含む系の、マイクロベンド応答への寄与であり：
Figure 2023536418000028
によって与えられ、ここでＲｇはガラスの半径（即ち外側クラッド領域の外半径）であり、Ｒｓは高弾性率外側コーティングの外半径であり、ｔｐは内側低弾性率コーティングの厚さであり、ｔｓは高弾性率外側コーティングの厚さであり、Ｅｇ、Ｅｐ及びＥｓはそれぞれ、ガラス、低弾性率内側コーティング、及び高弾性率コーティングの弾性率である。弾性率及び半径の単位がそれぞれＧＰａ及びマイクロメートルである場合、ＭＡＰの単位はｄＢ／ｋｍである。低弾性率内側コーティング係数ｆｐは、ばね定数のパラメータ化によって予測されるように、単に１／ｔｐにではなく（１／ｔｐ）２に依存する。ｆｃｓコーティング系係数は、高弾性率コーティングが比較的厚い（ｔｓが約２０マイクロメートル超である）場合（これは低いＭＡＰに対応する）に非常に大きくなるため、比較的薄いコーティングを有するファイバの場合に重要である。しかしながらこれは、高弾性率コーティングの厚さｔｓが約１０マイクロメートル未満である場合に極めて小さくなり、０．０１ｄＢ／ｋｍ超のＭＡＰ値をもたらす。これは外側コーティングの剛性が低下した結果である。マイクロベンド減衰ペナルティが存在しない場合のファイバ減衰はおよそ０．１９ｄＢ／ｋｍであると想定されるため、コーティング済み光ファイバ系の正味の減衰は、０．１９ｄＢ／ｋｍにマイクロベンド減衰ペナルティを加えたものとなる。
本発明者らは、コーティングが特定の厚さ未満である場合に、本明細書に記載されているようにマイクロベンド損失を低減できることを発見した。図１１に示されているように、ポリマーコーティングの厚さを十分に削減すると、コーティング層内に反共振効果が生じ、光がコーティング層内でガイドされなくなる。この反共振効果はコーティング層による吸収を大幅に低減させるため、マイクロベンド損失が減少する。３７マイクロメートルを超える従来のコーティングの厚さは、この反共振効果のためには大きすぎる。この反共振効果を生成するためには、ポリマーコーティングの合計厚さは、２５マイクロメートル未満、より好ましくは２０マイクロメートル未満、更に好ましくは１０マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、ポリマーコーティングの合計厚さは、約２マイクロメートル～約２５マイクロメートル、又は約２マイクロメートル～約２０マイクロメートル、又は約２マイクロメートル～約１５マイクロメートル、又は約２マイクロメートル～約１０マイクロメートル、又は約２マイクロメートル～約５マイクロメートルである。
本明細書中で使用される場合、用語「穿刺荷重（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｌｏａｄ）」は、本明細書に記載のファイバのコーティングに衝突する力の量を指す。本明細書中で使用される場合、用語「耐穿刺性（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）」は、穿刺荷重に対向するファイバコーティングからの力を指す。以下で更に説明されるように、穿刺荷重がコーティングの最大耐穿刺性を超えると、コーティングが裂けることになる。耐穿刺性に関しては、「Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｕｎｃｔｕｒｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ」という記事（Ｐｒｏｃ． ５２ｎｄ ＩＷＣＳ， ｐｐ． ２３７‐２４５ （１９９３））での、１つのタイプのコーティングを有するファイバに関するＧｌａｅｓｅｍａｎｎ及びＣｌａｒｋによる分析によって、耐穿刺性が高弾性率コーティングの断面積Ａｓに対する線形依存性を有することが示されている。この論文での分析は、耐穿刺性が高弾性率コーティングのフープ応力によるものであると仮定しており、著者らは高弾性率コーティングを、低弾性率内側コーティングからの内圧を受ける薄い円筒としてモデル化した。しかしながらほとんどの光ファイバでは、高弾性率コーティングの外半径ｒ６に対する高弾性率コーティングの厚さｔｓの比率は１０％のオーダーであるため、ファイバの低弾性率コーティングは、圧力Ｐｏが外側から作用して穿刺荷重を印加する、厚肉の円筒として近似できる。外圧が低弾性率内側コーティングからの内圧よりはるかに高い限界点において、最大フープ応力は：
Figure 2023536418000029
であり、ここでＡｓは高弾性率コーティングの断面積である。このフープ応力はＡｓに対して逆依存性を有することが観察され、耐穿刺性はＰＲ＝Ｐ０＋Ｃ１ＥｓＡｓであり、ここでＥｓは高弾性率コーティングの弾性率であり、係数Ｐ０及びＣ１はそれぞれ約１１．３ｇ及び２．１ｇ／ＭＰａ／ｍｍ２の値を有する。
コーティングの例‐調製及び測定技法
本明細書で開示される任意の低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングの特性を、以下に記載の測定技法を用いて決定した。
引張特性
硬化性高弾性率コーティング組成物を硬化させ、ヤング率、降伏時の引張強さ、降伏強さ、及び降伏時の伸びの測定のための硬化済みロッド試料の形状に構成した。上記硬化済みロッドは、硬化性高弾性率コーティング組成物を、内径約０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）のテフロン（登録商標）チューブに注入することによって調製した。ロッド試料を、線量約２．４Ｊ／ｃｍ２（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｇｈｔ製Ｌｉｇｈｔ Ｂｕｇ ｍｏｄｅｌ ＩＬ３９０によって、２２５～４２４ｎｍの波長範囲にわたって測定）のＦｕｓｉｏｎ Ｄタイプバルブを用いて硬化させた。硬化後、テフロンチューブを剥ぎ取り、高弾性率コーティング組成物の硬化済みロッド試料を提供した。試験前に、硬化済みロッドを、２３℃及び相対湿度５０％の条件下に１８～２４時間置いた。ヤング率、破断時の引張強さ、降伏強さ、及び降伏時の伸びを、ゲージ長５１ｍｍの、欠陥のないロッド試料に対して、Ｓｉｎｔｅｃｈ ＭＴＳ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｔｅｓｔｅｒを用いて試験速度２５０ｍｍ／分で測定した。引張特性は、ＡＳＴＭ規格Ｄ８８２‐９７に従って測定した。これらの特性は、少なくとも５つの試料の平均として決定され、欠陥を有する試料は平均から排除した。
その場ガラス転移温度
その場Ｔｇ測定を、高弾性率コーティングに取り囲まれた低弾性率内側コーティングを有するファイバから得られたファイバチューブオフ試料に対して実施した。コーティング済みファイバは、直径１２５マイクロメートルのガラスファイバと、上記ガラスファイバを取り囲んで上記ガラスファイバと直接接触する厚さ３２．５マイクロメートルの低弾性率内側コーティングと、上記ガラスファイバを取り囲んで上記ガラスファイバと直接接触する厚さ２６．０マイクロメートルの高弾性率コーティングとを含んでいた。ガラスファイバ及び低弾性率内側コーティングは、測定した全ての試料について同一であった。低弾性率内側コーティングは、以下で説明する基準低弾性率内側コーティング組成物から形成された。比較例の高弾性率コーティング及び本開示による高弾性率コーティングを有する試料を測定した。
ファイバチューブオフ試料を以下の手順を用いて得た：０．００５５インチ（０．１３９７ｍｍ）Ｍｉｌｌｅｒストリッパーを、コーティング済みファイバの端部からおよそ１インチ（２．５４ｃｍ）下にクランプ留めした。このファイバの１インチ（２．５４ｃｍ）の領域を液体窒素流中に落とし、液体窒素中で３秒間保持した。その後、コーティング済みファイバを液体窒素流から取り出し、迅速に剥離することでコーティングを除去した。ファイバの剥離済みの端部を、残留コーティングに関して検査した。残留コーティングがガラスファイバ上に残っている場合、試料を廃棄し、新たな試料を調製した。剥離プロセスの結果は、清浄なガラスファイバと、無傷の低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングを含む、剥離されたコーティングの中空チューブとであった。上記中空チューブを、「チューブオフ試料（ｔｕｂｅ‐ｏｆｆ ｓａｍｐｌｅ）」と呼ぶ。ガラス、低弾性率内側コーティング、及び高弾性率コーティングの直径は、剥離されていないファイバの端面から測定した。
チューブオフ試料のその場Ｔｇを、Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ ＤＭＴＡ ＩＶ試験機器を試料ゲージ長９～１０ｍｍで使用することによって測定した。チューブオフ試料の幅、厚さ、及び長さを、試験機器の操作プログラムに入力した。チューブオフ試料を設置した後、およそ－８５℃まで冷却した。安定した後、温度傾斜を、以下のパラメータを用いて実施した：
周波数：１Ｈｚ
歪み：０．３％
加熱速度：２℃／分
最終温度：１５０℃
初期静的力＝２０．０ｇ
静的力は、動的力よりも１０．０％だけ大きい
コーティングのその場Ｔｇは、温度の関数としてのｔａｎδのプロットにおけるｔａｎδの最大値として定義され、ここでｔａｎδは：
ｔａｎδ＝Ｅ’’／Ｅ’
として定義され、Ｅ’’は損失弾性率であり、変形のサイクルにおける熱としてのエネルギの損失に比例し、またＥ’は貯蔵弾性率又は弾性率であり、変形のサイクルにおいて貯蔵されるエネルギに比例する。
チューブオフ試料は、低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングに関するｔａｎδのプロットにおいて、明確な複数の最大値を示した。低温（約－５０℃）における最大値は、低弾性率内側コーティングに関するその場Ｔｇに対応し、高温（５０℃超）における最大値は、高弾性率コーティングに関するその場Ｔｇに対応する。
低弾性率内側コーティングのその場弾性率
この任意のコーティング層を含む実施形態において、その場弾性率を、以下の手順を用いて測定した：６インチ（１５．２４ｃｍ）のファイバの試料を得て、このファイバの中央からの１インチ（２．５４ｃｍ）のセクションをウィンドウストリッパで剥ぎ取り、イソプロピルアルコールで拭いた。ウィンドウストリッパで処理されたファイバを、ファイバの固定に使用される１０ｍｍ×５ｍｍの長方形アルミニウムタブを備えた試料ホルダ／整列用ステージ上に、設置した。２つのタブは水平に配向され、また５ｍｍの短い方の片が互いに対面して、５ｍｍの空隙によって隔てられるように、位置決めされた。ウィンドウストリッパで処理されたファイバを、試料ホルダ上に、両方のタブを横切って、タブを隔てる空隙にわたって水平に配置した。ファイバの、ウィンドウストリッパで処理された領域の片側のコーティング済み端部は、一方のタブ上に位置決めされ、タブの間の５ｍｍの空隙内に半分ほど延在する。ウィンドウストリッパで処理された１インチ（２．５４ｃｍ）の領域は、空隙の残りの半分にわたって、反対側のタブを横断して延在する。整列後、試料を除去し、各タブの、５ｍｍの空隙に近い方の半分に、小さなドット状の接着剤を塗布した。その後、ファイバを所定の位置に戻し、接着剤がファイバに接触する瞬間まで、整列ステージを上昇させた。タブの間の５ｍｍの空隙の大半が、ファイバの、ウィンドウストリッパで処理された領域によって占有されるように、コーティング済み端部を、接着剤を通過するように空隙から引き抜いた。ウィンドウストリッパで処理された領域の、反対側のタブ上に残っている一部分を、接着剤と接触させた。コーティング済みの端部のごく先端のみを、タブを越えてタブの間の空隙内へと延在したままとした。コーティング済みの端部のこの部分は、接着剤の中に埋め込まれず、その場弾性率の測定の対象となった。接着剤を、この構成のファイバ試料と共に乾燥させて、ファイバをタブに固定した。乾燥後、各タブに固定されたファイバの長さを５ｍｍにトリミングした。接着剤中に埋め込まれたコーティング済みの長さ、埋め込まれていないコーティング済みの長さ（タブの間の空隙内へと延在している部分）、及び一次直径を測定した。
その場弾性率の測定は、Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ ＤＭＴＡ ＩＶ動的機械的試験装置上で、９ｅ－６ １／ｓの定歪みで、４５分にわたって室温（２１℃）で実施した。ゲージ長は１５ｍｍであった。力及び長さの変化を記録し、これらを用いて、低弾性率コーティングのその場弾性率を計算した。クランプとファイバとが接触しないこと、及び試料がクランプにまっすぐに固定されることを保証するために、試験装置の１５ｍｍのクランプ留め長さと干渉するいずれのエポキシをタブから除去することによって、タブに設置された状態のファイバ試料を準備した。機器の力はゼロにした。ファイバのコーティングされていない端部が固定されたタブを、試験装置の下側のクランプ（測定プローブ）に設置し、ファイバのコーティング済み端部が固定された端部を、試験装置の上側の（固定された）クランプに設置する。続いて試験を実施し、分析が完了した後で試料を除去した。
高弾性率コーティングのその場弾性率
高弾性率コーティングに関して、その場弾性率を、ファイバ試料から準備したファイバチューブオフ試料を用いて測定した。０．００５５インチ（０．１３９７ｍｍ）Ｍｉｌｌｅｒストリッパーを、ファイバ試料の端部からおよそ１インチ（２．５４ｃｍ）下にクランプ留めした。このファイバ試料の１インチ（２．５４ｃｍ）の領域を液体窒素流中に浸漬して３秒間保持した。続いてファイバ試料を取り出し、迅速に剥離した。次にファイバ試料の剥離済みの端部を検査した。コーティングがファイバ試料のガラス部分上に残っている場合、チューブオフ試料を、欠陥があるものとみなし、新たなチューブオフを調製した。適切なチューブオフ試料は、ガラスからきれいに剥ぎ取られた、低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングを有する中空チューブからなるものである。ガラス、低弾性率内側コーティング、及び高弾性率コーティングの直径は、剥離されていないファイバ試料の端面から測定した。
チューブオフ試料に対して、Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ ＤＭＴＡ ＩＶ試験機器を試料ゲージ長１１ｍｍで使用して測定を実施し、高弾性率コーティングのその場弾性率を得た。幅、厚さ、及び長さを決定し、試験機器の操作ソフトウェアに入力として提供した。試料を設置し、以下のパラメータを用いて、周囲温度（２１℃）において時間掃引プログラムを用いて測定を実施した：
周波数：１Ｒａｄ／秒
歪み：０．３％
合計時間＝１２０秒
測定あたりの時間＝１秒
初期静的力＝１５．０ｇ
静的力は、動的力よりも１０．０％だけ大きい
完了後、最後の５つのＥ’（貯蔵弾性率）データ点を平均した。各試料に対して３回の測定を実施し（測定毎に新たな試料を使用）、合計１５個のデータ点を得た。これら３回の測定の平均値を報告した。
高弾性率コーティングの耐穿刺性
耐穿刺性の測定を、ガラスファイバ、及び高弾性率コーティングに取り囲まれた低弾性率内側コーティングを含む試料に対して実施した。ガラスファイバのクラッド直径は１２５マイクロメートルであった。低弾性率内側コーティングを、以下の表１に記載された基準低弾性率内側コーティング組成物から形成した。以下に記載されているように、様々な高弾性率コーティングを有する試料を調製した。低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングの厚さを調整することによって、以下に記載されているように高弾性率コーティングの断面積を変化させた。低弾性率内側コーティングの厚さに対する高弾性率コーティングの厚さの比は、全ての試料について約０．８に維持した。
耐穿刺性は、第５２回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｉｒｅ ＆ Ｃａｂｌｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの会議録の２３７～２４５ページ（２００３年）において公開された、Ｇ． Ｓｃｏｔｔ Ｇｌａｅｓｅｍａｎｎ及びＤｏｎａｌｄ Ａ． Ｃｌａｒｋによる文献「Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｕｎｃｔｕｒｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇｓ」（参照により本出願に援用される）に記載されている技法を用いて測定した。この方法の概要をここで提供する。この方法は、インデンテーション法である。長さ４ｃｍの光ファイバを、厚さ３ｍｍのガラススライド上に置いた。光ファイバの一方の端部を、光ファイバを制御下で回転させることができるデバイスに取り付けた。光ファイバを、透過について１００倍の倍率で検査し、また光ファイバを、ガラススライドに対して平行な方向において高弾性率コーティングの厚さがガラスファイバの両側で等しくなるまで、回転させた。この位置では、高弾性率コーティングの厚さは、ガラススライドに対して平行な方向において、光ファイバの両側で等しかった。ガラススライドに対して垂直な方向における、ガラスファイバの上方又は下方の高弾性率コーティングの厚さは、ガラススライドに対して平行な方向における高弾性率コーティングの厚さとは異なっていた。ガラススライドに対して平行な方向における厚さに比べて、ガラススライドに対して垂直な方向における厚さのうちの一方は大きく、ガラススライドに対して垂直な方向における厚さのうちのもう一方は小さかった。光ファイバの両端をガラススライドにテープで貼り付けることによって、光ファイバのこの位置を固定した。この位置は、インデンテーション試験に使用される光ファイバの位置である。
一般的な試験用機械（Ｉｎｓｔｒｏｎ ｍｏｄｅｌ ５５００Ｒ、又は同等のもの）を用いて、インデンテーションを実施した。倒立顕微鏡を、試験用機械のクロスヘッドの下に配置した。顕微鏡の対物レンズを、試験用機械内に設置されたビッカースダイヤモンドウェッジ圧子（夾角７５°）の真下に位置決めした。ファイバがテープで貼り付けられたガラススライドを、顕微鏡のステージ上に置き、圧子のウェッジの幅が光ファイバの方向と直交するように、圧子の真下に位置決めした。光ファイバを所定の位置に置いたまま、ダイヤモンドウェッジを、高弾性率コーティングの表面に接触するまで下げた。次にダイヤモンドウェッジを、０．１ｍｍ／分の速度で高弾性率コーティングの中へと押し込み、高弾性率コーティングに対する荷重を測定した。高弾性率コーティングに対する荷重は、ダイヤモンドウェッジが高弾性率コーティングの中へと深く推押し込まれるにつれて、穿刺が発生するまで増大し、穿刺が発生した時点で、荷重の急激な低下が観察された。穿刺が観察されたインデンテーション荷重を記録した。これは本明細書では重量グラム（ｇ）として報告され、また本明細書では「穿刺荷重（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｌｏａｄ）」と呼ばれる。同一の配向の光ファイバを用いて実験を繰り返し、１０個の測定点を得てこれらを平均し、この配向に関する穿刺荷重を決定した。１０個の測定点の第２のセットを、光ファイバの配向を１８０°回転させて得た。
マクロベンド損失
マクロベンド損失を、規格ＩＥＣ ６０７９３‐１‐４７で指定されているマンドレルラップ試験を用いて決定した。マンドレルラップ試験では、ファイバを、指定された直径を有する円筒状のマンドレルの周りに１回以上巻き、曲げを原因とする、指定された波長における減衰の増大を決定する。マンドレルラップ試験での減衰は、ｄＢ／ターンを単位として表現され、１ターンは、マンドレルの周りでのファイバの１周を意味する。直径１０ｍｍ、１５ｍｍ、及び２０ｍｍのマンドレルを用いたマンドレルラップ試験で、以下に記載されている選択された実施例に関して、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び１６２５ｎｍの波長におけるマクロベンド損失を決定した。
高弾性率コーティングによって取り囲まれた低弾性率内側コーティングを有する光ファイバの例示的実施形態
任意の低弾性率内側コーティング５６及び高弾性率コーティング５８の具体的な特性を調整することにより、本明細書で開示される比較的小径のファイバに、十分な堅牢性及び良好なマイクロベンド性能を提供できる。例えば低弾性率内側コーティング５６は、低いヤング率及び／又は低いその場弾性率を有してよい。低弾性率内側コーティングのヤング率は、約０．７ＭＰａ以下、又は約０．６ＭＰａ以下、又は約０．５ＭＰａ以下、又は約０．４ＭＰａ以下、又は約０．１ＭＰａ～約０．７ＭＰａ、又は約０．１ＭＰａ～約０．４ＭＰａである。低弾性率内側コーティングのその場弾性率は、約０．５０ＭＰａ以下、又は約０．３０ＭＰａ以下、又は約０．２５ＭＰａ以下、又は約０．２０ＭＰａ以下、又は約０．１５ＭＰａ以下、又は約０．１０ＭＰａ以下、又は約０．０５ＭＰａ～約０．２５ＭＰａ、又は約０．１０ＭＰａ～約０．２０ＭＰａである。
低弾性率内側コーティング５６は好ましくは、ガラスファイバのクラッド領域５０より高い屈折率を有し、これにより低弾性率内側コーティング５６はコア領域４８から不規則な光信号を除去できる。低弾性率内側コーティング５６は、熱及び加水分解による経年劣化の間、ガラスファイバへの十分な接着を維持する必要があるが、スプライシングのためにガラスファイバから剥離可能なものである必要もある。
光ファイバの直径をより小さくするのを容易にするために、低弾性率内側コーティングは存在しなくてもよく、又は従来の光ファイバで使用される低弾性率内側コーティングよりも厚さが小さくてよい。高弾性率コーティング５８は、従来の光ファイバに比べて小さな厚さ及び小さな断面積を有してよい。しかしながら、高弾性率コーティング５８は、海底ケーブル及び中継器の高い信頼性のために必要な、要求される堅牢性及び耐穿刺性を、依然として維持している必要がある。高弾性率コーティングの厚さが減少するほど、高弾性率コーティングの保護機能は低下する。耐穿刺性は、高弾性率コーティング及び任意の着色済み外側コーティングを含む、外側コーティングの断面積の保護機能の尺度である。耐穿刺性が高い高弾性率コーティングほど、破損せずに高い摩耗圧力に耐え、より良好な保護をガラスファイバに提供する。
要求される堅牢性及び耐穿刺性を提供するためには、高弾性率コーティング５８のその場弾性率は、約１５００ＭＰａ超、又は約１６００ＭＰａ超、又は約１８００ＭＰａ超、又は約２２００ＭＰａ超、又は約２５００ＭＰａ超、又は約２６００ＭＰａ超、又は約２７００ＭＰａ超、又は約１５００ＭＰａ～約３０００ＭＰａ、又は約１８００ＭＰａ～約２８００ＭＰａ、又は約２０００ＭＰａ～約２８００ＭＰａ、又は約２４００ＭＰａ～約２８００ＭＰａであってよい。
要求される堅牢性及び耐穿刺性を更に提供するためには、高弾性率コーティング５８の断面積とその場弾性率との積は、約１０Ｎ超、約１２．５Ｎ超、約１５Ｎ超、約２０Ｎ超、約２５Ｎ超、約３０Ｎ超、又は約１０Ｎ～３０Ｎ、又は約１５Ｎ～約３０Ｎ、又は約２０Ｎ～約３０Ｎ、又は約２５Ｎ～約３０Ｎであってよい。
低く良好なマイクロベンド性能と耐穿刺性との、要求される組み合わせを提供するためには、低弾性率コーティング５６のその場弾性率に対する高弾性率コーティング５８のその場弾性率の比率は、約４０００超、又は約５０００超、又は約６０００超、又は約７０００超、又は約８０００超、又は約９０００超、又は約１０，０００超、又は約４０００～約１０，０００、又は約４０００～約１０，０００、又は約５０００～約１０，０００、又は約６０００～約１０，０００、又は約７０００～約１０，０００、又は約８０００～約１０，０００であってよい。
低弾性率及び高弾性率コーティングは典型的には、ガラスファイバに硬化性コーティング組成物を粘性液体として塗布し、硬化させることによって形成される。光ファイバは、高弾性率コーティングを取り囲む着色済み外側コーティングを含んでもよい。着色済み外側コーティングは、識別を目的として光ファイバをマーキングするための着色剤を含んでよく、典型的には高弾性率コーティングのヤング率と同等のヤング率を有する。
高弾性率コーティング５８は、三官能性モノマーで構成されていてよい。高弾性率コーティング５８のガラス転移温度（Ｔｇ）は、約５０℃超、又は約６０℃超、又は約７０℃超、又は約８０℃超、又は約９０℃超、又は約１００℃超であってよい。
好適な低弾性率内側コーティング５６及び高弾性率コーティング５８を使用することにより、高弾性率コーティングの断面積が約１０，０００マイクロメートル２未満である場合に、光ファイバ４６の耐穿刺性を約２８ｇ以上、又は約３０ｇ以上、又は約３２ｇ以上、又は約３４ｇ以上、又は約３６ｇ以上、又は約３８ｇ以上、又は約４０ｇ以上とすることができる。
好適な低弾性率内側コーティング５６及び高弾性率コーティング５８を使用することにより、高弾性率コーティングの断面積が約８，０００マイクロメートル２未満である場合に、光ファイバ４６の耐穿刺性を約２２ｇ以上、又は約２４ｇ以上、又は約２６ｇ以上、又は約２８ｇ以上、又は約３０ｇ以上とすることができる。
図１９は、ステップインデックス型プロファイル及びトレンチ型プロファイル、１００マイクロメートルのクラッド直径、弾性率１２００ＭＰａ及び外半径８２．５マイクロメートルの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバの、低弾性率内側コーティングの厚さに対するマイクロベンド減衰ペナルティ（ＭＡＰ）を示す。図１９及び表７ａに示されているように、０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、ファイバがトレンチ型プロファイルを有し、クラッド直径が約１００マイクロメートルであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１０マイクロメートル～約２６マイクロメートルである場合に達成できる。ステップインデックス型及びトレンチ型プロファイル、１２５マイクロメートルのクラッド直径、弾性率１２００ＭＰａ及び外半径８２．５マイクロメートルの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバに対しても、計算を実施した。表７ｂに示されているように、０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、ファイバがトレンチ型プロファイルを有し、クラッド直径が約１２５マイクロメートルであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８マイクロメートル～約１７マイクロメートルである場合に達成できる。
Figure 2023536418000030
Figure 2023536418000031
図２０は、（例えば上の表２に示されているような）トレンチ型ファイバプロファイル、１００マイクロメートルのクラッド直径、弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティング、並びに弾性率１．２、１．６及び２．０ＧＰａの高弾性率コーティングを有するファイバの、低弾性率内側コーティングの厚さに対するＭＡＰを示す。図２０及び表８ａに示されているように、０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８～約２９マイクロメートルである場合に達成できる。０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１３～約２４マイクロメートルである場合に達成できる。０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約７～約３０マイクロメートルである場合に達成できる。０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１１～約２６マイクロメートルである場合に達成できる。トレンチ型プロファイル、１２５マイクロメートルのクラッド直径、弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティング、並びに弾性率１．２、１．６及び２．０ＧＰａの高弾性率コーティングを有するファイバに対しても、計算を実施した。表８ｂに示されているように、０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約１８マイクロメートルである場合に達成できる。０．０６ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１０～約１４マイクロメートルである場合に達成できる。０．１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約１８マイクロメートルである場合に達成できる。０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１０～約１４マイクロメートルである場合に達成できる。
Figure 2023536418000032
Figure 2023536418000033
図２１は、（例えば上の表２に示されているような）トレンチ型プロファイル、１００マイクロメートルのクラッド直径、弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティング、並びに弾性率１．２、１．６及び２．０ＧＰａの高弾性率コーティングを有するファイバの、低弾性率内側コーティングの厚さに対する耐穿刺性を示す。図２１及び表９ａに示されているように、３０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１４マイクロメートル未満である場合に達成できる。３５ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８マイクロメートル未満である場合に達成できる。３０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１８マイクロメートル未満である場合に達成できる。３５ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１４マイクロメートル未満である場合に達成できる。４０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約９マイクロメートル未満である場合に達成できる。トレンチ型プロファイル、１２５マイクロメートルのクラッド直径、弾性率０．５ＭＰａの低弾性率内側コーティング、並びに弾性率１．２、１．６及び２．０ＧＰａの高弾性率コーティングを有するファイバに対しても、計算を実施した。表９ｂに示されているように、２０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１２マイクロメートル未満である場合に達成できる。２５ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が１．６ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約７マイクロメートル未満である場合に達成できる。２０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１３マイクロメートル未満である場合に達成できる。２５ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約９マイクロメートル未満である場合に達成できる。３０ｇ超の耐穿刺性は、高弾性率コーティングの弾性率が２．０ＧＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６マイクロメートル以下である場合に達成できる。
Figure 2023536418000034
Figure 2023536418000035
図２２は、（例えば上の表２に示されているような）トレンチ型ファイバプロファイル、１００マイクロメートルのクラッド直径、弾性率１．６ＧＰａの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．５、０．３５及び０．２ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバの、低弾性率コーティングの厚さに対するＭＡＰを示す。図２２及び表１０ａに示されているように、０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８～約２９マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１６～約２１マイクロメートルである場合に達成できる。０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約４～約３１マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約７～約２９マイクロメートルである場合に達成できる。０．０１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１１～約２５マイクロメートルである場合に達成できる。０．００７ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１６～約２１マイクロメートルである場合に達成できる。トレンチ型ファイバプロファイル、１２５マイクロメートルのクラッド直径、弾性率１．６ＧＰａの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．５、０．３５及び０．２ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバに対しても、計算を実施した。表１０ｂに示されているように、０．０５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約１８マイクロメートルである場合に達成できる。０．０３ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１０～約１４マイクロメートルである場合に達成できる。０．０３ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約４～約１９マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約１７マイクロメートルである場合に達成できる。０．０１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１０～約１３マイクロメートルである場合に達成できる。
Figure 2023536418000036
Figure 2023536418000037
表１１ａは、（例えば上の表２に示されているような）トレンチ型ファイバプロファイル、１００マイクロメートルのクラッド直径、弾性率２．０ＧＰａの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．３５、０．２及び０．１ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバの、低弾性率内側コーティングの厚さに対するＭＡＰを示す。表１１ａに示されているように、０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約３０マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１３～約２３マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約３０マイクロメートルである場合に達成できる。０．０１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約９～約２７マイクロメートルである場合に達成できる。０．００５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１４～約２２マイクロメートルである場合に達成できる。０．００５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．１ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約６～約２９マイクロメートルである場合に達成できる。０．００２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．１ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約１３～約２３マイクロメートルである場合に達成できる。トレンチ型ファイバプロファイル、１２５マイクロメートルのクラッド直径、弾性率２．０ＧＰａの高弾性率コーティング、並びに弾性率０．３５、０．２及び０．１ＭＰａの低弾性率内側コーティングを有するファイバに対しても、計算を実施した。表１１ｂに示されているように、０．０３ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．３５ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約５～約１２マイクロメートルである場合に達成できる。０．０２ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約５～約１８マイクロメートルである場合に達成できる。０．０１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．２ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８～約１４マイクロメートルである場合に達成できる。０．００５ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．１ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約５～約１８マイクロメートルである場合に達成できる。０．０１ｄＢ／ｋｍ未満のＭＡＰは、低弾性率内側コーティングの弾性率が０．１ＭＰａであり、低弾性率内側コーティングの厚さが約８～約１４マイクロメートルである場合に達成できる。
Figure 2023536418000038
Figure 2023536418000039
図１９～２３及び表７～１１で与えられている計算されたＭＡＰ及び耐穿刺性の結果を併せることにより、低弾性率一次コーティングの最大弾性率（Ｅｐ）、高弾性率コーティングの最小弾性率（Ｅｓ）、ガラス半径（Ｒｇ）、及び高弾性率コーティングの半径（ＲＳ）の入力値に対して最大のＭＡＰ及び最小の耐穿刺性をもたらす、低弾性率内側コーティング及び高弾性率コーティングの最小厚さを提供できる。表１２ａは、クラッド直径が１００マイクロメートルであり、Ｅｓ＝１．６ＧＰａである実施例１～４のコーティング特性をまとめたものである。表１２ｂ及び１２ｃは、クラッド直径が１００マイクロメートルであり、Ｅｓ＝２．０ＧＰａである実施例５～１４のコーティング特性をまとめたものである。表１２ｄ及び１２ｅは、クラッド直径が１００マイクロメートルである実施例１５～２１のコーティング特性をまとめたものである。
Figure 2023536418000040
Figure 2023536418000041
Figure 2023536418000042
Figure 2023536418000043
Figure 2023536418000044
直径が削減された例示的実施形態
上述のように、本明細書で開示される実施形態の光ファイバのガラス直径は約１２５マイクロメートルであってよく、削減されたコーティングの外径は、約１７５マイクロメートル以下、又は約１７０マイクロメートル以下、又は約１６５マイクロメートル以下、又は約１６０マイクロメートル以下、又は約１４５マイクロメートル以下であってよい。クラッド領域５０の外径は光ファイバ４６のガラス直径であること、高弾性率コーティング５８の外径は（着色済み外側コーティング層が適用されていない場合）光ファイバ４６全体の外径であることに留意されたい。
いくつかの例では、クラッド領域５０の外径が約１２５マイクロメートルであるか、高弾性率コーティング５８の外径が約１５５～１７５マイクロメートルであるか、又はクラッド領域５０の外径が約１２５マイクロメートルであり、かつ高弾性率コーティング５８の外径が約１６０～１７０マイクロメートルである。
上述のように、本明細書で開示される実施形態の光ファイバのガラス直径は約１００マイクロメートルであってもよく、削減されたコーティングの外径は、約１７５マイクロメートル以下、又は約１７０マイクロメートル以下、又は約１６５マイクロメートル以下、又は約１６０マイクロメートル以下、又は約１４５マイクロメートル以下であってよい。クラッド領域５０の外径は光ファイバ４６のガラス直径であること、高弾性率コーティング５８の外径は（着色済み外側コーティング層が適用されていない場合）光ファイバ４６全体の外径であることに留意されたい。
いくつかの例では、クラッド領域５０の外径が約１００マイクロメートルであるか、高弾性率コーティング５８の外径が約１５５～１７５マイクロメートルであるか、又はクラッド領域５０の外径が約１００マイクロメートルであり、かつ高弾性率コーティング５８の外径 が約１６０～１７０マイクロメートルである。
上述のように、本開示の、直径が削減された光ファイバプロファイル設計は、例えば海底ケーブル及び中継器のファイバ数の増大といった、特定の利点を提供する。しかしながら、光ファイバのクラッド直径を削減すると、クラッドのプロファイルが削減されるため、一部の光がクラッドから漏れる場合がある。よって本開示のオフセットトレンチ設計は、直径が削減されたクラッドを通した光の漏れによって引き起こされる「トンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）」又は「放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」損失を有利に低減するために、約３０％Δ‐マイクロメートル２以上のトレンチ容積を有する。
光ファイバの直径の減少を促進するために、低弾性率内側コーティングの厚さｒ５－ｒ４を最小限に抑えること、又はこれを完全に除去することが好ましい。低弾性率コーティングの厚さｒ５－ｒ４は、約８．０マイクロメートル以下、又は約７．０マイクロメートル以下、又は約６．０マイクロメートル以下、又は約５．０マイクロメートル以下、又は約４．０マイクロメートル～約８．０マイクロメートル、又は約５．０マイクロメートル～約７．０マイクロメートルである。しかしながら、光ファイバの低弾性率内側コーティングの除去又は厚さの削減は、マイクロベンドへの感受性を上昇させる。このように上昇した感受性は、本開示の設計では、約３０％Δ‐マイクロメートル２超の容積を有するオフセットトレンチの追加によって軽減される。
高弾性率コーティングの半径ｒ６は、約８７．５マイクロメートル以下、又は約８５．０マイクロメートル以下、又は約８２．５マイクロメートル以下、又は約８０．０マイクロメートル以下である。また、ファイバの直径の削減と、高い耐穿刺性のために十分に大きな断面積を有することとのバランスを取るために、高弾性率コーティングの厚さｒ６－ｒ５を最適化することが好ましい。高弾性率コーティングの厚さｒ６－ｒ５は、約２５．０マイクロメートル以下、又は約２０．０マイクロメートル以下、又は約１５．０マイクロメートル以下、又は約１５．０マイクロメートル～約２５．０マイクロメートル、又は約１７．５マイクロメートル～約２２．５マイクロメートル、又は約１８．０マイクロメートル～約２２．０マイクロメートルである。低弾性率コーティング及び高弾性率コーティングの合計厚さは、約２５マイクロメートル以下、好ましくは約２０マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、低弾性率コーティング及び高弾性率コーティングの合計厚さは、約１０マイクロメートル～約２５マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、高弾性率コーティング層の厚さに対する低弾性率コーティング層の厚さの比率は、０．８～１．２である。
従って、本開示の実施形態による光ファイバは、従来の光ファイバに比べてコーティング直径が削減されている。このようなサイズの削減は、例えば海底中継器又はケーブル内の「ファイバ数」及びファイバ密度を増大させるのに役立つ。
以下の表１０は、５つの高弾性率コーティング試料に関する平均コーティング厚さを示す。実施例３、４、及び５と比較される実施例１及び２は、８．０マイクロメートル～２０．０マイクロメートルの平均高弾性率コーティング厚さが、この範囲未満の平均厚さよりも高い引張強度を生成したことを示す。実施例１及び２が示した比較的高い引張強度により、海底ケーブル及び中継器に使用される光ファイバ等の光ファイバに、より薄い高弾性率コーティングを使用できる。
Figure 2023536418000045
例示的な低弾性率及び高弾性率コーティング
例示的な低弾性率及び高弾性率コーティングについて、上記コーティングの強度及び耐穿刺性の測定値と併せて以下に説明する。
低弾性率コーティング‐組成物
低弾性率コーティング組成物は、以下の表１１に記載の配合を有し、また市販の低弾性率コーティング組成物の典型である。
Figure 2023536418000046
ここで：オリゴマー材料は、モル比ｎ：ｍ：ｐ＝３．５：３．０：２．０を用いて、Ｈ１２ＭＤＩ、ＨＥＡ、及びＰＰＧ４０００から、本明細書に記載されているように調製され；ＳＲ５０４は、エトキシ化（４）ノニルフェノールアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ製）であり；ＮＶＣは、Ｎ‐ビニルカプロラクタム（Ａｌｄｒｉｃｈ製）であり；ＴＰＯ（光開始剤）は、（２，４，６‐トリメチルベンゾイル）‐ジフェニルホスフィンオキシド（ＢＡＳＦ製）であり；Ｉｒｇａｎｏｘ １０３５（抗酸化剤）は、ベンゼンプロパン酸、３，５‐ビス（１，１‐ジメチルエチル）‐４‐ヒドロキシチオジ‐２，１‐エタンジイルエステル（ＢＡＳＦ製）であり；３‐アクリロキシプロピルトリメトキシシランは、接着促進剤（Ｇｅｌｅｓｔ製）であり；ペンタエリスリトールテトラキス（３‐メルカプトプロピオネート）（テトラチオールとしても公知、Ａｌｄｒｉｃｈ製）は、連鎖移動剤である。濃度の単位「ｐｐｈ」は、モノマー、オリゴマー、及び光開始剤の全てを含むベース組成物に対する量を表す。例えば、Ｉｒｇａｎｏｘ １０３５に関する１．０ｐｐｈの濃度は、オリゴマー材料、ＳＲ５０４、ＮＶＣ、及びＴＰＯの組み合わせ１００ｇに対する、１ｇのＩｒｇａｎｏｘ １０３５に相当する。
Ｈ１２ＭＤＩ（４，４’‐メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート））、ジブチルスズジラウレート、及び２，６‐ジ‐ｔｅｒｔ‐ブチル‐４メチルフェノールを、５００ｍＬフラスコ内で室温で混合することによって、オリゴマー材料を調製した。５００ｍＬフラスコは、温度計、ＣａＣｌ２乾燥管、及び撹拌装置を備えていた。フラスコの内容物を連続的に撹拌しながら、添加用ろうとを用いて、ＰＰＧ４０００を３０～４０分の期間にわたって添加した。ＰＰＧ４０００を添加する際に、反応混合物の内部温度を監視し、ＰＰＧ４０００の導入を制御して、（この反応の発熱性に起因する）過剰な発熱を防止した。ＰＰＧ４０００の添加後、反応混合物を、約７０℃～７５℃の油浴中で、約１～１．５時間加熱した。未反応のイソシアネート基の濃度を決定することによって反応の進行を監視するための、赤外線分光分析（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＦＴＩＲ）による分析のために、反応混合物の試料を様々な間隔で採取した。未反応のイソシアネート基の濃度は、２２６５ｃｍ－１付近の特徴的なイソシアネート伸縮モードの強度に基づいて評価した。フラスコを油浴から取り出し、その内容物を６５℃未満まで冷却した。イソシアネート基の完全なクエンチを保証するために、補助的なＨＥＡを添加した。補助的なＨＥＡは、添加用漏斗を用いて２～５分間にわたって滴下された。補助的なＨＥＡの添加後、フラスコを油浴に戻し、その内容物を、約７０℃～７５℃まで、約１～１．５時間再び加熱した。ＦＴＩＲ分析を反応混合物に対して実施して、イソシアネート基の存在を評価し、未反応のイソシアネート基を完全に反応させるために十分な、補助的なＨＥＡが添加されるまで、このプロセスを繰り返した。評価可能なイソシアネート伸縮強度がＦＴＩＲ測定において検出されない場合に、この反応は完了したとみなした。
高弾性率コーティング‐組成物
４つの高弾性率コーティング組成物（Ａ、ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤ）を、表１２に記載する。
Figure 2023536418000047
ＰＥ２１０はビスフェノール‐Ａエポキシジアクリレート（Ｍｉｗｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（韓国）製）であり；Ｍ２４０はエトキシ化（４）ビスフェノール‐Ａジアクリレート（Ｍｉｗｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（韓国）製）であり；Ｍ２３００はエトキシ化（３０）ビスフェノール‐Ａジアクリレート（Ｍｉｗｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（韓国）製）であり；Ｍ３１３０はエトキシ化（３）トリメチロールプロパントリアクリレート（Ｍｉｗｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（韓国）製）であり；ＴＰＯ（光開始剤）は（２，４，６‐トリメチルベンゾイル）ジフェニルホスフィンオキシド（ＢＡＳＦ製）であり；Ｉｒｇａｃｕｒｅ １８４（光開始剤）は１‐ヒドロキシシクロヘキシル‐フェニルケトン（ＢＡＳＦ製）であり；Ｉｒｇａｎｏｘ １０３５（抗酸化剤）はベンゼンプロパン酸、３，５‐ビス（１，１‐ジメチルエチル）‐４‐ヒドロキシチオジ‐２，１‐エタンジイルエステル（ＢＡＳＦ製）である。ＤＣ１９０（スリップ剤）は、シリコーン‐エチレンオキシド／プロピレンオキシドコポリマー（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製）である。濃度の単位「ｐｐｈ」は、モノマー、オリゴマー、及び光開始剤の全てを含むベース組成物に対する量を表す。例えば高弾性率コーティング組成物Ａについて、ＤＣ‐１９０に関する１．０ｐｐｈの濃度は、ＰＥ２１０、Ｍ２４０、Ｍ２３００、ＴＰＯ、及びＩｒｇａｃｕｒｅ １８４の組み合わせ１００ｇに対する、１ｇのＤＣ‐１９０に相当する。
高弾性率コーティング‐引張特性
高弾性率コーティング組成物Ａ、ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤから作製された高弾性率コーティングの、ヤング率、降伏時の引張強さ、降伏強さ、及び降伏時の伸びを、上述の技法を用いて測定した。結果を表１３にまとめる。
Figure 2023536418000048
結果は、組成物ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤから調製された高弾性率コーティングが、比較例の組成物Ａから調製された高弾性率コーティングに比べて、高いヤング率及び高い降伏強さを示したことを示している。更に、組成物ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤから調製された高弾性率コーティングは、組成物Ａから調製された高弾性率コーティングに比べて、高い破壊靭性を示した。組成物ＳＢ、ＳＣ、及びＳＤが示したこれらの高い値により、性能を犠牲にすることなく、より薄い高弾性率コーティングを光ファイバに使用できる。上述のように、高弾性率コーティングが薄くなると、光ファイバの全体的な直径が削減され、（海底中継器内等の）ある所与の断面積内のファイバの数が増大する。
例示的な光ファイバの実施形態
本明細書で開示される実験例及び原理は、光ファイバの屈折率プロファイル及びコーティング特性を調整することによって、直径が削減された光ファイバにおいて十分に低い減衰特性及び十分に高い耐穿刺特性を達成できることを示している。より具体的には、高弾性率コーティングは、断面積が小さいにもかかわらず、直径が削減されたファイバに十分な耐穿刺性を提供する。
図８は、高弾性率コーティングの断面積に対する穿刺荷重（ｇ）の依存度のプロットである。破線は０．００２６３ｇ／マイクロメートル２の勾配を有し、その場弾性率が約１５００ＧＰａの高弾性率コーティングを有する比較例のファイバに対応する。実線は、その場弾性率が約１８５０ＧＰａの高弾性率コーティングを有する５つのファイバに関する測定データへの直線当てはめである。勾配は０．００３２８ｇ／マイクロメートル２であり、これは、基準ファイバの勾配にその場弾性率の比率１８５０／１５００を乗算したものに略等しい。点線は、その場弾性率が２２００ＧＰａの高弾性率コーティングの断面積に対する穿刺荷重（ｇ）のモデル化された依存度を表す。これらの結果は、高弾性率コーティングのその場弾性率を上昇させることにより、比較的小径のファイバの耐穿刺性を大幅に低下させることなく、断面積及び厚さを削減できることを示している。
ファイバドロープロセス
本明細書で開示される光ファイバは、連続光ファイバ製造プロセスで形成でき、上記プロセス中には、加熱されたプリフォームからガラスファイバをドロー加工して、目標の直径へとサイズ調整する。低弾性率内側コーティングを備えるファイバでは、これに続いてガラスファイバを冷却して、液体の低弾性率コーティング組成物をガラスファイバに塗布するコーティングシステムへと向かわせる。液体の低弾性率コーティング組成物をガラスファイバに塗布した後、２つのプロセス選択肢が実行可能である。第１のプロセス選択肢（ウェット・オン・ドライプロセス）では、液体の低弾性率コーティング組成物を硬化させて固化済み低弾性率コーティングを形成し、硬化した低弾性率コーティングに液体の高弾性率コーティング組成物を塗布し、液体の高弾性率コーティング組成物を硬化させて、固化済み高弾性率コーティングを形成する。第２のプロセス選択肢（ウェット・オン・ウェットプロセス）では、液体の高弾性率コーティング組成物を液体の低弾性率コーティング組成物に塗布し、両方の液体コーティング組成物を同時に硬化させて、固化済み低弾性率コーティング及び固化済み高弾性率コーティングを提供する。ファイバがコーティングシステムを出た後、ファイバを回収し、室温で保管する。ファイバの回収は典型的には、ファイバをスプールに巻き付けて、このスプールを保管することを伴う。
一部のプロセスでは、コーティングは更に、着色済み外側コーティング組成物を高弾性率コーティングに塗布し、着色済み外側コーティング組成物を硬化させて、固化済み着色済み外側コーティングを形成する。典型的には、着色済み外側コーティングは、識別を目的としてファイバにマーキングするために使用されるインク層であり、顔料を含むがそれ以外は高弾性率コーティングと同様の組成を有する。着色済み外側コーティングを高弾性率コーティングに塗布して硬化させる。高弾性率コーティングは典型的には、着色済み外側コーティングの塗布の時点で硬化している。低弾性率、高弾性率、及び着色済み外側コーティング組成物は、共通の連続製造プロセスで塗布して硬化させることができる。あるいは、低弾性率及び高弾性率コーティング組成物を、共通の連続製造プロセスで塗布して硬化させ、コーティング済みのファイバを回収し、別個のオフラインプロセスで着色済み外側コーティング組成物を塗布して硬化させることにより、着色済み外側コーティングを形成する。
コーティングの塗布、コーティング材料の粘度、及びコーティングダイのサイズ
いくつかの実施形態では、線引き炉内でプリフォームからドロー加工された光ファイバをコーティング系に通し、このコーティング系において、ポリマーコーティングが上記光ファイバに適用される。上記コーティング系は、入口及びサイジングダイを備えてよい。入口とサイジングダイとの間にはコーティングチャンバが配置される。コーティングチャンバには液体形態のポリマーコーティング材料が充填される。光ファイバは入口を通ってコーティング系に入り、コーティングチャンバを通過し、このコーティングチャンバにおいて、ポリマーコーティング材料が光ファイバの表面に塗布される。続いて光ファイバはサイジングダイを通過し、このサイジングダイでは、光ファイバがコーティング系を出る際にいずれの余剰のコーティング材料が除去され、これにより、本明細書に記載のいくつかの実施形態による、指定された直径のコーティング済み光ファイバが得られる。
図１２は、所与の一定のドロー速度（この場合６０ｍ／分）での、コーティング厚さに対するコーティング材料の粘度及びダイのサイズの影響を示す。図１２に示されているように、コーティングの厚さは主にサイジングダイの直径に影響されるが、コーティング材料の粘度はわずかな影響しか及ぼさない。例えば、コーティング済みファイバの直径は、サイジングダイが５．１ミル（１２９．５４μｍ）から８．０ミル（２０３．２μｍ）に変化すると１２７μｍから１６９μｍに変動するが、コーティングの厚さは、ある特定のダイのサイズを仮定した場合に、幅広い粘度のコーティング材料によってわずかしか変動しない。いくつかの実施形態では、コーティング材料の粘度は、５０ｒｐｍ及び２５℃において２０ポアズ超、又は５０ｒｐｍ及び２５℃において４０ポアズ超である。
図１３は、ガラスの直径が１２５マイクロメートルの光ファイバ上に１３２±１μｍという目標最終コーティング済み直径を形成するための、例示的なパラメータウインドウを示す。図１３に示されているように、サイジングダイは５．３５ミル（１３５．８９μｍ）～５．５１ミル（１４０μｍ）の範囲内で特定されるが、コーティング材料の粘度はこのパラメータウインドウ内で広い範囲にわたることができる。従って、コーティング材料の粘度は最終的なコーティングの厚さにわずかな影響しか及ぼさないものの、有効な大きさは、ダイのサイズが異なる複数のシステムについて異なる。図１４は、ダイのサイズが異なる複数のシステムで様々なコーティング材料の粘度から得られた、コーティングの厚さの標準偏差である。図１４は、上記標準偏差がダイのサイズの増大と共にわずかに上昇し、ダイのサイズが７ミルより大きい場合に劇的に上昇することを示している。図１５は、本開示のいくつかの実施形態による、コーティングの厚さに対するドロー速度の影響を示す。図１５に見られるように、ファイバのドロー速度は、コーティングの厚さに対して限定的な影響しか及ぼさない。
コーティングの同心度に関して、コーティングダイ内の潤滑圧力は、光ファイバをコーティング塗布器内で確実にセンタリングするためのセンタリング力として作用すると想定される。潤滑圧力が高いほどセンタリング力が強く、より良好なコーティングの同心度が得られることになる。図１６は、一連のコーティング材料の粘度について、潤滑圧力とダイのサイズとの間の相関をプロットしたグラフを示す。図１６は、潤滑圧力が、ダイのサイズの増大と共に低下し、コーティング材料の粘度の上昇と共に上昇することを示す。更に図１７は、潤滑圧力とドロー速度との間の相関を示す。図１７に示されているように、潤滑圧力は最初に劇的に上昇し、その後、ドロー速度の上昇と共にゆっくりとしたペースで上昇する。従って、上述のコーティングの厚さに対する粘度の影響と併せると、所与のダイのサイズで、ドロー速度を上昇させ、より高い粘度の材料を使用することにより、コーティングの厚さの品質を劣化させることなく、コーティングの同心度を改善できる。
薄いコーティングを有する光ファイバに関する性能データ
薄いコーティングを有するこれらの光ファイバの重要な性能測定基準としては、これら全体の外径、ポリマーコーティングの厚さ、５０ｋｐｓｉの強度スクリーニングにおける単位長あたりの破断数、及び５０ｋｐｓｉのスクリーニング後に保持された最長の長さが挙げられる。高弾性率コーティング層を、コーティングの合計厚さが約７μｍの１２５μｍシングルモードファイバ（ＳＭＦ）ファイバに適用した（表１５のリールＩＤ１２１‐６５９９‐３及びリールＩＤ１２２‐６６４５‐４を参照）。スクリーニングの力が小さいほど、破損していないファイバのセグメントが長くなる。高弾性率コーティング済みファイバ（リールＩＤ１２１‐６５９９‐３）は、新しい高弾性率コーティング済みファイバ（リールＩＤ１２２‐６６４５‐４）のファイバ強度と同等のファイバ強度を有する。本発明者らは、新しい高弾性率コーティング済みファイバを用いた、薄型のアクリレート硬質ファイバコーティングの同心度が、約７０％超、いくつかの実施形態では約８０％超、又は約８５％超、又は約９０％超、又は約９５％であることを発見した。
Figure 2023536418000049
コーティングの合計厚さが約７μｍとなるようにエージング済み１２５μｍＳＭＦファイバに適用した薄型のアクリレートコーティング（表１６のリールＩＤ１２１‐６６０２‐１０及びリールＩＤ１２１‐６６０２‐１２を参照）に比べて、リールＩＤ１２１‐６５９９‐３に示されている新しい高弾性率コーティング済みファイバは、保持された最長の長さ（ｍ）、及び薄型コーティング済みファイバを５０ｋｐｓｉの力においてスクリーニングした場合にスクリーニングされた薄型コーティング済みファイバのメートル数／（破断数＋１）の比の両方について、はるかに高い数字を示した。これら３つのファイバの破断は、ファイバのスクリーニング長さ全体にわたってかなり均一に分布している。これは、古い高弾性率コーティング済みファイバが保管中に部分的に劣化した可能性が極めて高いことを示している。それでもなお、これら３つの薄型アクリレートコーティング済みファイバは全て、良好な同心度（即ち７０％超）を有している。
Figure 2023536418000050
新しい高弾性率コーティング層の薄型アクリレートコーティングを、コーティングの合計厚さが１５μｍの１２５μｍＳＭＦファイバに適用した（表１５のリールＩＤ１２１‐６５９９‐４及びリールＩＤ１２２‐６６４５‐３を参照）。新しい高弾性率コーティング層を用いて、コーティングの厚さを、リールＩＤ１２１‐６５９９‐３の７μｍからリールＩＤ１２１‐６５９９‐４の１５μｍに増大させることにより、薄型コーティング済みファイバは、保持された最長の長さ（ｍ）、及び薄型コーティング済みファイバを５０ｋｐｓｉにおいてスクリーニングした場合にスクリーニングされた薄型コーティング済みファイバのメートル数／（破断数＋１）の比の両方の大幅な増大によって示されるように、大幅に強化される。新しい高弾性率コーティング層を用いて、コーティングの厚さを、リールＩＤ１２２‐６６４５‐４の７μｍからリールＩＤ１２２‐６６４５‐３の１５μｍに増大させることにより、薄型コーティング済みファイバは、保持された最長の長さ（ｍ）、及び薄型コーティング済みファイバを５０ｋｐｓｉの力においてスクリーニングした場合にスクリーニングされた薄型コーティング済みファイバのメートル数／（破断数＋１）の比の両方の大幅な増大によって示されるように、大幅に強化される。更に、薄型アクリレート硬質ファイバコーティングは、良好な同心度（即ち７０％超）を有している。コーティングの合計厚さが１５μｍの、これらの薄型アクリレートコーティング済みファイバ（表１５のリールＩＤ１２１‐６５９９‐４及びリールＩＤ１２２‐６６４５‐３）は、リボンケーブルプロセスに耐えるために十分な強度を有する。
新しい低弾性率コーティング層及び新しい高弾性率コーティング層の、薄型２層アクリレートファイバコーティングのドロー加工も実施した（表１６のリールＩＤ１２１‐６５９９‐５を参照）。低弾性率コーティング層の厚さは９μｍであり、高弾性率コーティング層の厚さは８μｍである。低弾性率コーティング層の厚さと高弾性率コーティング層の厚さとを足した合計厚さは、１７μｍである。薄型アクリレートコーティングの実行はなめらかであり、ファイバ上のコーティングには欠陥がない。この薄型コーティング済みファイバを５０ｋｐｓｉにおいてスクリーニングした。スクリーニングの結果は、コーティングの合計厚さが１５μｍの１２５μｍＳＭＦファイバ上の新しい高弾性率コーティング層（表１５のリールＩＤ１２１‐６５９９‐４を参照）と同等である。薄型アクリレート硬質ファイバコーティングは、良好な同心度（即ち７０％超）を有している。この薄型アクリレートコーティング済みファイバも、リボンケーブルプロセスに耐えるために十分な強度を有する。軟質の薄い低弾性率コーティング層が存在することにより、この２層薄型コーティング済みファイバは、単層薄型硬質コーティングファイバを上回る、改善されたマイクロベンド性能を有する。
Figure 2023536418000051
新しい低弾性率コーティング層及び新しい高弾性率コーティング層の、薄型２層アクリレートファイバコーティングのドロー加工を、図１８に示されているような相対屈折率プロファイルを有するシリカ内側クラッド及び非ドープ外側クラッドを有するグレーデッドインデックスコア上の標準的なシングルモードファイバに対して実施した。ファイバコーティングパラメータ、及び測定される光学的パラメータは、以下の表１８に示されている。以下の表は、低弾性率コーティングの直径／高弾性率コーティングの直径が１４５μｍ／１７５μｍ、１４０μｍ／１６０μｍ、及び０μｍ／１４０μｍである、３つの薄型コーティング構成を示す。低弾性率コーティングの直径／高弾性率コーティングの直径が１９０μｍ／２５０μｍであるファイバは、対照として使用される標準的なコーティングである。上記薄型コーティング済みファイバに関して、測定されたケーブルカットオフ波長、ＭＦＤは、対照ファイバと同等であり、これは、これらの薄型コーティングがこれらのパラメータに影響を及ぼさなかったことを示している。低弾性率内側コーティングの直径／高弾性率コーティングの直径が１４５μｍ／１７５μｍ及び１４０μｍ／１６０μｍであるファイバに関して、１３１０及び１５５０ｎｍにおける減衰は対照ファイバと同一であり、これは、これらの薄型コーティング構成がいずれの減衰ペナルティももたらさなかったことを示している。低弾性率コーティングの直径／高弾性率コーティングの直径が０μｍ／１４０μｍであるファイバの減衰は、単一のコーティング層であることにより、他のファイバよりわずかに高いが、データセンター等の短いファイバを使用する多くの用途において許容可能である。
Figure 2023536418000052
本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には明らかであろう。本発明の精神及び実質が組み込まれた、本開示の実施形態の修正、組み合わせ、部分的組み合わせ及び変形は、当業者に想起され得るため、本発明は、添付の請求項及びその均等物の範囲内の全てを含むものとして解釈されるものとする。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
コア領域；
上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備え、上記クラッド領域の半径は約６２．５マイクロメートル未満である、クラッド領域；並びに
上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層と、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置された低弾性率コーティング層とを備える、ポリマーコーティングであって、上記低弾性率内側コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記低弾性率内側コーティング層の弾性率は約０．３５ＭＰａ以下であり、上記高弾性率コーティング層の厚さは４マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記高弾性率コーティング層の弾性率は約１．６ＧＰａ以上である、ポリマーコーティング
を備える、光ファイバであって、
上記光ファイバの耐穿刺性は２０ｇ超であり、上記光ファイバのマイクロベンド減衰ペナルティは０．０３ｄＢ／ｋｍ未満であり、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下であり、
上記光ファイバの上記耐穿刺性は、式ＰＲ＝Ｐ０＋Ｃ１ＥｓＡｓによって計算され、ここでＡｓは上記高弾性率コーティングの断面積であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの弾性率であり、Ｐ０は１１．３ｇの値を有する係数であり、Ｃ１は２．１ｇ／ＭＰａ／ｍｍ２の値を有する係数であり、
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは、式：
Figure 2023536418000053
によって計算され、ここでｆ０は上記高弾性率コーティングと接触する外側表面の平均側圧であり、σは上記高弾性率コーティングと接触する上記外側表面の粗度の標準偏差であり、
Figure 2023536418000054
であり、
Figure 2023536418000055
であり、
Figure 2023536418000056
であり、
Figure 2023536418000057
であり、Ｒｇはガラスの半径であり、Ｒｓは上記高弾性率外側コーティングの外半径であり、ｔｐは上記内側低弾性率コーティングの厚さであり、ｔｓは上記高弾性率外側コーティングの厚さであり、Ｅｇはガラスの弾性率であり、Ｅｐは上記低弾性率内側コーティングの弾性率であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの上記弾性率である、光ファイバ。
実施形態２
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態３
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００７ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態４
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００３ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態５
上記光ファイバの上記耐穿刺性は２５ｇ以上である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態６
上記光ファイバの上記耐穿刺性は３０ｇ以上である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態７
上記クラッド領域の上記半径は５２．５マイクロメートル未満であり、上記光ファイバの上記耐穿刺性は４０ｇ超である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態８
上記高弾性率コーティング層の上記厚さは９マイクロメートル～１８マイクロメートルである、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態９
上記光ファイバの減衰は０．２０ｄＢ／ｋｍ未満である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態１０
１３１０ｎｍにおける上記光ファイバのモードフィールド径は８．６以上である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態１１
コア領域；
上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備え、上記クラッド領域の半径は約４５マイクロメートル～５５マイクロメートルである、クラッド領域；並びに
上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層と、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置された低弾性率コーティング層とを備える、ポリマーコーティングであって、上記低弾性率内側コーティング層の厚さは６マイクロメートル～２０マイクロメートルであり、上記低弾性率内側コーティング層の弾性率は約０．３５ＭＰａ以下であり、上記高弾性率コーティング層の厚さは１２マイクロメートル～１８マイクロメートルであり、上記高弾性率コーティング層の弾性率は約１．６ＧＰａ以上である、ポリマーコーティング
を備える、光ファイバであって、
上記光ファイバの耐穿刺性は３０ｇ超であり、上記光ファイバのマイクロベンド減衰ペナルティは０．０３ｄＢ／ｋｍ未満であり、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下であり、
上記光ファイバの上記耐穿刺性は、式ＰＲ＝Ｐ０＋Ｃ１ＥｓＡｓによって計算され、ここでＡｓは上記高弾性率コーティングの断面積であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの弾性率であり、Ｐ０は１１．３ｇの値を有する係数であり、Ｃ１は２．１ｇ／ＭＰａ／ｍｍ２の値を有する係数であり、上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは、式：
Figure 2023536418000058
によって計算され、ここでｆ０は上記高弾性率コーティングと接触する外側表面の平均側圧であり、σは上記高弾性率コーティングと接触する上記外側表面の粗度の標準偏差であり、
Figure 2023536418000059
であり、
Figure 2023536418000060
であり、
Figure 2023536418000061
であり、
Figure 2023536418000062
であり、Ｒｇはガラスの半径であり、Ｒｓは上記高弾性率外側コーティングの外半径であり、ｔｐは上記内側低弾性率コーティングの厚さであり、ｔｓは上記高弾性率外側コーティングの厚さであり、Ｅｇはガラスの弾性率であり、Ｅｐは上記低弾性率内側コーティングの弾性率であり、Ｅｓは上記高弾性率コーティングの上記弾性率である、光ファイバ。
実施形態１２
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１１に記載の光ファイバ。
実施形態１３
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００７ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１１に記載の光ファイバ。
実施形態１４
上記光ファイバの上記マイクロベンド減衰ペナルティは０．００３ｄＢ／ｋｍ以下である、実施形態１１に記載の光ファイバ。
実施形態１５
上記光ファイバの上記耐穿刺性は２５ｇ以上である、実施形態１に記載の光ファイバ。
実施形態１６
コア領域；
上記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、上記クラッド領域は、上記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び上記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備える、クラッド領域；並びに
厚さが２５μｍ以下のポリマーコーティングであって、上記ポリマーコーティングは、上記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層を備え、上記高弾性率コーティング層のヤング率は１．５ＧＰａ以上である、ポリマーコーティング
を備える、光ファイバであって、コーティング済みの上記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下である、光ファイバ。
実施形態１７
上記クラッド領域を取り囲む低弾性率コーティング層を更に備え、上記低弾性率コーティング層は、ヤング率が０．５ＭＰａ以下であり、上記クラッド領域と上記高弾性率コーティング層との間に配置される、実施形態１６に記載の光ファイバ。
実施形態１８
上記低弾性率コーティング層の厚さの、上記高弾性率コーティング層の厚さに対する比は、０．８～１．２である、実施形態１７に記載の光ファイバ。
実施形態１９
光ファイバをコーティングする方法であって：
線引き炉から第１の垂直経路に沿ってドロー成形するステップ；
ポリマーコーティングが上記光ファイバに適用されるコーティング系を通るように、上記光ファイバをルーティングするステップであって、上記コーティング系は、入口、上記入口に対向する直径１２９μｍ～２０３μｍのサイジングダイ、及び上記入口と上記サイジングダイとの間に配置されたコーティングチャンバを備え、上記コーティングチャンバには液体形態のコーティング材料が充填されている、ステップ；並びに
コーティング済みの上記光ファイバを硬化させて、１７５マイクロメートル以下の上記コーティング済み光ファイバの外径を形成するステップ
を含む、方法。
実施形態２０
上記ポリマーコーティングの同心度は７０％超である、実施形態１９に記載の方法。
１０、２０、４６、６０ 光ファイバ
１１ ガラスファイバ
１２、４８ コア領域
１４、５０ クラッド領域
１６、５６ 低弾性率内側コーティング、低弾性率コーティング
１８、５８ 高弾性率コーティング
３０ 光ファイバリボン
３２ マトリクス、リボンマトリクス
４０ 光ファイバケーブル
４２ ジャケット
４４ ジャケット４２の内面
５１ 内側クラッド領域
５３ 屈折率抑制クラッド領域
５５ 外側クラッド領域
６１、６２ 遷移領域
６３ 屈折率抑制クラッド領域の深さ

Claims (15)

  1. コア領域；
    前記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、前記クラッド領域は、前記コア領域に直接隣接する内側クラッド、及び前記内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備える、クラッド領域；並びに
    厚さが２５μｍ以下のポリマーコーティングであって、前記ポリマーコーティングは：（ｉ）前記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティング層であって、前記高弾性率コーティング層のヤング率は０．５ＧＰａ以上である、高弾性率コーティング層；又は（ｉｉ）前記クラッド領域を取り囲む低弾性率コーティング層であって、前記低弾性率コーティング層は、ヤング率が５ＭＰａ以下であり、前記クラッド領域と前記高弾性率コーティング層との間に配置される、低弾性率コーティング層のうちの一方を備える、ポリマーコーティング
    を備える、光ファイバであって、
    コーティング済みの前記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下である、光ファイバ。
  2. 前記ポリマーコーティングの厚さは２μｍ～２０μｍである、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記低弾性率コーティング層の厚さの、前記高弾性率コーティング層の厚さに対する比は、０．８～１．２である、請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 前記光ファイバの前記クラッド領域は、チタニアドープ濃度が約５重量％～約２５重量％のチタニアドープ層を備える、請求項１に記載の光ファイバ。
  5. 前記ポリマーコーティングは、前記ファイバのコア領域に関する同心度が７０％超である、請求項１に記載の光ファイバ。
  6. 前記高弾性率コーティング層のヤング率は１ＧＰａ以上であり、前記低弾性率コーティング層のヤング率は４ＭＰａ以下である、請求項１に記載の光ファイバ。
  7. 光ファイバをコーティングする方法であって：
    線引き炉から第１の垂直経路に沿ってドロー成形するステップ；
    ポリマーコーティングが前記光ファイバに適用されるコーティング系を通るように、前記光ファイバをルーティングするステップであって、前記コーティング系は、入口、前記入口に対向する直径１２９μｍ～２０３μｍのサイジングダイ、及び前記入口と前記サイジングダイとの間に配置されたコーティングチャンバを備え、前記コーティングチャンバには液体形態のコーティング材料が充填されている、ステップ；並びに
    コーティング済みの前記光ファイバを硬化させて、１７５マイクロメートル以下の前記コーティング済み光ファイバの外径を形成するステップ
    を含む、方法。
  8. 前記サイジングダイを通過する前記コーティングの厚さは２５μｍ以下である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記ポリマーコーティングの厚さは２０μｍ以下である、請求項７に記載の方法。
  10. 前記ポリマーコーティングの同心度は７０％超である、請求項７に記載の方法。
  11. 前記コーティング材料の粘度は、５０ｒｐｍ及び２５℃において２０ポアズ超である、請求項７に記載の方法。
  12. コア領域；
    前記コア領域を取り囲むクラッド領域であって、前記クラッド領域は：
    前記コア領域に直接隣接する内側クラッド；
    前記内側クラッドを取り囲む外側クラッド；並びに
    半径方向において前記内側クラッドと前記外側クラッドとの間に配置されたトレンチ領域であって、前記トレンチ領域の容積は約３０％Δ－マイクロメートル２以上である、トレンチ領域
    を備える、クラッド領域；並びに
    前記クラッド領域を取り囲む高弾性率コーティングであって、前記高弾性率コーティングのその場弾性率Ｅｓは１５００ＭＰａ以上であり、前記高弾性率コーティングの厚さｔｈｍは約２５．０マイクロメートル以下である、高弾性率コーティング
    を備える、光ファイバであって、
    前記光ファイバの外径は１７５マイクロメートル以下である、光ファイバ。
  13. 前記クラッド領域を取り囲む低弾性率コーティングを更に備え、前記低弾性率コーティングは前記クラッド領域と前記高弾性率コーティングとの間に配置され、前記低弾性率コーティングのヤング率は、約０．１ＭＰａ～約０．７ＭＰａである、請求項１２に記載の光ファイバ。
  14. 前記低弾性率コーティング及び前記高弾性率コーティングの合計厚さは約１０マイクロメートル～２５マイクロメートルである、請求項１３に記載の光ファイバ。
  15. 前記高弾性率コーティングのその場弾性率は、約１６００ＭＰａ～約３０００ＭＰａである、請求項１２に記載の光ファイバ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11874494B2 (en) * 2020-03-18 2024-01-16 Corning Incorporated Reduced diameter optical fiber with improved microbending
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WO2024122510A1 (ja) * 2022-12-07 2024-06-13 古河電気工業株式会社 光ファイバ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP2541292B1 (en) * 2011-07-01 2014-10-01 Draka Comteq BV Multimode optical fibre
US9057817B2 (en) 2013-04-15 2015-06-16 Corning Incorporated Low diameter optical fiber
US9529168B2 (en) * 2013-07-26 2016-12-27 Corning Optical Communications LLC Fiber optic ribbon
US10126495B2 (en) 2016-06-29 2018-11-13 Corning Incorporated Coated low loss optical fiber with small diameter
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EP3395775B1 (en) 2017-04-24 2019-06-12 Corning Incorporated Method of applying coating liquid to an optical fiber
EP3788420A1 (en) 2018-04-30 2021-03-10 Corning Incorporated Small outer diameter low attenuation optical fiber
WO2019212801A1 (en) * 2018-04-30 2019-11-07 Corning Incorporated Small diameter low attenuation optical fiber
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