JP4180156B2

JP4180156B2 - 屈折率分布型光ファイバ及びケーブル

Info

Publication number: JP4180156B2
Application number: JP20996298A
Authority: JP
Inventors: 友義山下; 菊枝入江
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2000047049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信媒体等として利用可能な屈折率分布型光ファイバ及びケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
屈折率分布を有する光ファイバのうち多層構造形態を有する広帯域プラスチック光ファイバとしては、ＷＯ９７／３６１９６号及び特開平９−１３３８２１号公報が知られている。
【０００３】
ＷＯ９７／３６１９６号は、２種類以上の単量体Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ製造され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体の２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる（共）重合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有し、コア中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈折率が順次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバに関するものであり、コアを階段状屈折率分布にすることで、帯域性能に優れた光ファイバが得られると記載している。しかし、コア各層の材料が有する損失特性等と光の伝搬モードの減衰、並びにそれらと密接に関わる帯域性能との関係については何ら検討されていない。
【０００４】
特開平９−１３３８２１号公報は、２層以上の多層コアの外側にクラッド層を有するプラスチック光ファイバにおいて、コア部を構成する材料が、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン（成分Ａ）及び９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（成分Ｂ）を共に含有してなるポリカーボネートであって、内側のコアが外側のコアと較べて成分Ｂをより多く含有する光ファイバを開示している。ここで、成分Ｂは、成分Ａに比してその分子骨格内に多くのフェニル基を含むため、π電子共役系における電子遷移に基づく吸収損失が大きくなる。従って、成分Ｂのモル分率が高い材料ほどその伝送損失は大きく、即ち、この光ファイバは、成分Ｂをより多く含有する中心部の層ほど伝送損失が大きく、外周部ほど伝送損失が小さいものとなっている。
【０００５】
このような伝送損失分布を有する多層構造の光ファイバでは中心部のみならず外周部をも伝送路として使用する光のモード（高次モード）の損失が、中心部のみを使用する光のモード（低次モード）の損失よりも小さいため、比較的高次モードの光が減衰することなく長距離伝搬する。そして高次モードの光は、低次モードの光と比較すると、所定距離伝搬する際の到達時間がより遅いので、これが光パルス波形の時間的広がりの原因となり、光通信における帯域性能を著しく低下させる原因となる。また、光伝送路において利用効率の高い中心層ほど伝送損失が大きい光ファイバでは、光ファイバ全体として伝送損失が大きくなる点が問題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
屈折率分布を有する光ファイバとして、例えば、多層構造の光ファイバにおいては、ファイバの開口数を小さくする手段や、層数を増やすなどの手段により、帯域性能をより向上させることが可能である。
【０００７】
しかし開口数を小さくしすぎるとファイバの曲げによる損失が大きくなる点が問題である。また層数を多くすると製造プロセスが煩雑になりコスト高になる点が問題である。従って、開口数を過度に小さくすることなくかつ比較的少ない層数で帯域性能を効率よく向上させる技術が望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、屈折率分布型光ファイバにおいて、そのファイバ内部を伝搬する光のモードの損失形態に着目し、開口数を小さくすることなく高帯域性能を達成可能でかつ低損失な光ファイバを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、コアに中心部から外周部に向かって連続的または不連続的に屈折率が低下する屈折率分布を有するプラスチック光ファイバであって、レーザ波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍにおける限定モード励振伝送損失測定法において、コア中心部の屈折率とクラッド層の屈折率から規定される開口角をθｃ度とした場合に、入射角θが３度〜０．７５θｃ度のいずれかの高次モードの伝送損失が、入射角θが０度の低次モードの伝送損失よりも大きい屈折率分布型光ファイバにある。また、本発明の要旨は、コアが多層構造からなり、かつ外周部に向かって順次低下する屈折率分布を有し、１層目コアの伝送損失よりも２層目コアの伝送損失のほうが大きいことを特徴とする屈折率分布型光ファイバにある。
【００１０】
また本発明の要旨は、前記光ファイバの外周に被覆層が設けられてなる光ファイバケーブルにあり、更にこの光ファイバケーブルの端部にプラグが取り付けられてなるプラグ付き光ファイバケーブルにある。
【００１１】
尚、前記屈折率分布型光ファイバの代表的なものとして、２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる（共）重合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有し、コア中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈折率が順次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバが例示される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバにおいてコアは光の伝送経路として用いられる部分である。コアに屈折率分布を有する光ファイバとは、コアの中心部から外周部に向かって連続的または不連続的に屈折率が低下する光ファイバを意味する。屈折率変化が不連続的なものとしては、屈折率が階段状に変化するものが例示される。
【００１３】
本発明においてコア中心部とクラッド層の屈折率から規定される開口角θｃは、光ファイバのコア中心部の屈折率とクラッドの屈折率から規定される開口角のことであり、ＪＩＳＣ６８６２に規定される反射法によって測定される。即ち、コア中心部とクラッド層のそれぞれの屈折率をｎ₁及びｎ₂とした場合に、開口角θｃは式（１）により求められる角度である。またこの式のｓｉｎθｃが開口数である。
【００１４】
ｓｉｎθｃ＝（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^0.5 （１）
本発明において限定モード励振伝送損失測定法とは以下に示される測定法である。図１は限定モード励振伝送損失測定装置の構成図である。波長５４３ｎｍ又は６３３ｎｍ、ビーム広がり角１ミリラジアンのＨｅ−Ｎｅレーザ光源１から出たビームは、開口数０．４の対物レンズ２と開口数０．１の対物レンズ３によって、対物レンズ３から２５ｃｍ離れた位置で、ビーム径１５０μｍの平行光線になるよう調整される。ここでビーム径とは、ガウス分布をしているレーザ光のパワーが、（１／ｅ）２となる幅で定義される値である。但し、ｅは自然対数の底である。
【００１５】
光ファイバ５の端面は、ファイバ軸に対して垂直に切断され鏡面研磨される。光ファイバは直線状にセットされる。平行光線は、そのビームの中心が、光ファイバ端面の中心に位置精度２０μｍ以内の精度で入射される。
【００１６】
今、光ファイバ端面の中心点をＯとすると、点Ｏを含み、ファイバ端面に垂直な法線方向を０度として、その法線を含む面内で、法線との任意のなす角θをもってファイバ内へ平行光線を入射することができる。これらの位置合わせは、レーザ光源１並びにレンズ光学系（２，３）をリニアレール１０上に配列し、それを精密位置合わせのできるＸＹＺθステージ４上にマウントして行う。このステージの位置合わせ精度は、直線方向で１μｍ、回転方向で０．００２度が可能である。
【００１７】
光ファイバからの出射光は積分球６に導かれ、ファイバからの直接光が入らない位置に配置されたシリコンフォトダイオード７とそれにつながれた電流計８によって光量の測定が行われる。これらＸＹＺθステージと電流計はパソコン９によって制御される。
【００１８】
次に限定モード励振伝送損失測定法の原理について述べる。本測定法では、光ファイバ端面の点Ｏを中心に入射角θを変化させて、平行光線を光ファイバ内に入射し、出射端面での出射光量を測定する。限定モード励振伝送損失測定は、ある２点のファイバ長における出射光量をθの関数として測定し、通常のカットバック法と同様の計算式に従って、伝送損失をθの関数として求めるものである。
【００１９】
ある長さの光ファイバを通ってきたときの光量をＩ(θ)、これをある距離Lだけ切断して残った短い光ファイバを通ってきたときの光量をＩ₀(θ)とすると、光伝送損失α(θ)は式（２）で表される。
【００２０】
α(θ)＝（１０／Ｌ）１ｏｇ｛Ｉ₀(θ)／Ｉ(θ)｝（２）
限定モード励振伝送損失とは、全モード励振伝送損失（あらゆる入射角度の光が存在するときの損失）に比べて、充分少ないモード数となるように、入射光ビームの径を光ファイバの直径に比べ充分小さくして、かつその入射角を特定の角度に制限した場合の伝送損失のことである。
【００２１】
以下、本装置で測定した限定モード励振伝送損失を「限定モード損失」と呼ぶ。低次モードとは入射角の極めて小さい光の伝搬モードのことで、高次モードとは入射角の大きい光の伝搬モードのことを示し、これらは本来相対的な概念であるが、本発明においては入射角３度以上のモードを「高次モード」と呼び、入射角θが０度のモードを「低次モード」と呼ぶ。
【００２２】
次に、この測定で得られるデータの解釈について、簡単のために２層コアの光ファイバを例にして説明する。図２及び図３は、２層コアの光ファイバ内を通るメリディオナル光線の軌跡を表したものである。このファイバの１層目のコア１１の屈折率をｎ₁、２層目のコア１２の屈折率をｎ₂、クラッド層１３の屈折率をｎ₃とすると、それぞれの屈折率の関係は次のようになる。
【００２３】
ｎ₃ ＜ｎ₂＜ｎ₁ （３）
１層目コアと２層目コアの界面で全反射が許される最大入射角θ１ｃは式（４）で表される。また２層目コアとクラッドとの界面で全反射が許される最大入射角θ２ｃは式（５）で表される。
【００２４】
θ１ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^0.5 （４）
θ２ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ₁ ²−ｎ₃ ²）^0.5 （５）
光ファイバへの入射角θが０度からθ１ｃまでの光線は、１層目コアと２層目コアの界面で全反射して伝わる光であり、即ち１層目コアのみを伝搬する光である。図２はこの状態を示している。また、θ１ｃからθ２ｃまでの光線は、１層目コアから２層目コアに移り２層目コアとクラッドとの界面で全反射して伝わる光であり、即ち１層目と２層目のコアを伝搬する光である。図３はこの状態を示している。
【００２５】
ここで、２層コアの光ファイバに全モード励振でパルスを入射させ、一定距離伝搬させた後の出射パルスの時間的な広がり幅について議論する。図４及び図５は、０度から開口角θｃ度の範囲で均一な入射角分布を有する光を光ファイバ内にパルス状で入射させ、そのときの出射パルスの状態を模式的に表したものである。図４−（ａ）は、０度からθ１ｃまでの入射角度のパルスに対応する出射パルス波形を、図４−（ｂ）はθ１ｃを超えかつθ２ｃ以下の入射角度のパルスに対応する出射パルス波形を示している。
【００２６】
一般に、大きな角度の伝搬光は、多くの異なる伝搬モードを含むため、伝搬時間に広い分布を生じる。従って、θ１ｃを超えかつθ２ｃ以下の入射角度のパルスに対応する出射パルスは、０度からθ１ｃに対応する出射パルスよりも広がり易くなる。実際の出射パルスは、図４−（ａ）と図４−（ｂ）を重ね合わせた図４−（ｃ）のようになる。ここでは、１層目と２層目の屈折率と層の厚みを最適化して、（ａ）と（ｂ）の最大光量の出射時間を合わせたものとして示してある。
【００２７】
図５は図４と同様の光ファイバにおいて、２層目の伝送損失を大きくしたときの状態を示している。それぞれ、（ａ）と（ｄ）、（ｂ）と（ｅ）、（ｃ）と（ｆ）の状態が対応する。図５−（ｅ）は２層目の伝送損失を大きくしたために、図４−（ｂ）より出射光量が少なくなっている。それによって、図５−（ｆ）に示された出射パルスは、図４−（ｃ）と比較してその幅が狭くなる。すなわち、２層目の伝送損失を大きくすることによって、単位時間当たり、より多くの信号を伝送できるようになり、伝送帯域を広げることができる。
【００２８】
２層目の伝送損失を１層目よりも大きくする方法としては、２層目に材料の損失が大きいものを選ぶ、あるいは、２層目に不純物を混入させるなどが考えられる。また、２層目とクラッド層との界面不整が大きい場合、あるいは、クラッド層の損失が著しく大きい場合も同様の効果が生じる。
【００２９】
このように設計された多層構造の光ファイバは、先に述べた限定モード損失に関し、Ｈｅ−Ｎｅレーザの光の波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍ、入射角θが３度以上のある入射角領域における高次モードの伝送損失が、入射角θが０度の低次モードの伝送損失より大きい値を示す。
【００３０】
限定モード損失は、上述の各層を構成する材料の損失等を制御する方法によっても制御可能であるが、各層の厚さを変えることによっても制御可能である。例えば、高次モードの損失の増大は、１層目に対して若干損失の大きな２層目の層を厚くすることでも達成可能である。
【００３１】
さて、図６は、本測定法による２層コアの光ファイバの限定モード損失のデータの模式図である。横軸は入射光線の入射角θを、縦軸は伝送損失を表している。入射角θの刻み幅は０．１度である。このデータでは、０度からθ１ｃ付近までは、ほぼ一定の伝送損失を示し、θ１ｃからθ２ｃまでの伝送損失はそれより高い値となっている。これは２層目の材料の損失が１層目の損失より大きいものであることを示唆している。ただし、θ２ｃ付近の損失がなだらかに変化しているのは、測定時のファイバの曲がりやファイバ内の構造不整の影響のためである。
【００３２】
測定は前述のようにカットバック法で行い、式（２）を用いて限定モード損失を求めるが、そのカットバック長は光ファイバの透明度と構造不整等に関わる伝送損失のレベルに依存する。式（２）においてＩ₀(θ)を測定するためのファイバ長は、入射モードが広がり過ぎない程度の長さを選ぶのが好ましく、通常は１ｍ以下が好ましい。また、Ｉ(θ)を測定するためのファイバ長は、３ｍから１０ｍ程度が好ましい。
【００３３】
入射角θが３度〜０．７５θｃ度のいずれかの高次モードの伝送損失とは、先に定義した平行レーザ光束の入射角θを、３度から開口角θｃの７５％迄の範囲内のいずれかの角度としたときの損失値のことである。また、実用的な範囲内の極めて小さい開口数を有する光ファイバにおいては、入射角θが３度以上の高次モードを減衰することで、帯域性能を向上させる効果が現れはじめる。
【００３４】
高次モードの伝送損失が低次モードの伝送損失よりも若干大きくなるように設計された屈折率分布型光ファイバは、より優れた伝送帯域性能を発現する。基本的に伝送帯域を大きく低下させる主要因は、光ファイバ内を伝搬する各種モードのうち、モード間での光の到達時間差を生じ易い高次モードの伝搬である。従って、こうした高次モードのエネルギーを効率よく伝搬中に減衰させることは、光ファイバの帯域性能を向上させる手段として極めて有効である。
【００３５】
帯域性能を向上させるために要求される低次モードと高次モードの限定モード損失の差は使用されるファイバ長にも依存する。ファイバ長２０ｍ以上の距離で使用する場合の低次及び高次の限定モード損失の差は、望ましくは３０[dB/km]以上であり、より望ましくは５０[dB/km]以上、更に望ましくは１００[dB/km]以上である。
【００３６】
但し、２層目の損失に関する高次モードの損失が大きくなると帯域性能は向上するが、大きすぎると実質的に光が伝搬できる有効開口角が狭くなり、入射端での取り込み光量の減少や曲げ損失の増大を招き望ましくない。そうした観点から、限定モード損失の差は５００[dB/km]以下、更に望ましくは３００[dB/km]以下が適当である。
【００３７】
ちなみに、前述の２層コアの光ファイバにおいて、低次及び高次の限定モード損失の差が５０[dB/km]である光ファイバと損失の差がほとんど無い光ファイバを、ファイバ長５０ｍの帯域性能で比較すると、前者の方が実際に約２割程度帯域が広くなる。但し、更に短距離で光ファイバで使用する場合、限定モード損失の差を帯域性能に反映させるためには、その損失差をもっと大きくしなければならない。
【００３８】
以上これまで２層コアの光ファイバの限定モード損失と、層の構造、損失に関して議論してきたが、３層以上のコアを有する多層構造の光ファイバについても同様の考え方、設計思想が適用できる。
【００３９】
多層構造の光ファイバの代表的なものとして、２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる（共）重合体を同心円状に積層した多層構造のコアを有し、コア中心部の屈折率が最も高く外周部に向かって屈折率が順次低下する多層構造の屈折率分布型光ファイバが挙げられる。尚、ＨＰは単独重合体、ＣＰは二元共重合体を意味する。
【００４０】
本発明における単量体は、工業的生産を考慮すると、容易にラジカル重合で高分子化するビニル系単量体が望ましい。
【００４１】
本発明の理解を容易にするために先ず単量体の数ｎが３の場合について説明する。単量体の数ｎが３の場合、各単量体Ｍ１、Ｍ２及びＭ３からそれぞれ３種類の単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２及びＨＰ３が製造されうる。また、２系列の２元共重合体ＣＰが製造され、これらのひとつのＣＰ（またはひとつのＨＰ）と他のＣＰは互いに相溶性の良いものを選択するのが好ましい。
【００４２】
多層構造の屈折率分布型光ファイバにおいて高屈折率重合体は、単量体Ｍ１の単独重合体ＨＰ１、単量体Ｍ１と単量体Ｍ２との種々のモル組成比の共重合体ＣＰとして調製される。又、低屈折率重合体は同様にして、単量体Ｍ３の単独重合体ＨＰ３、単量体Ｍ３と単量体Ｍ２との種々のモル組成比の共重合体ＣＰとして調製される。
【００４３】
この屈折率の高低は相対的である。仮に、Ｍ２としてメチルメタクリレート、（以下「ＭＭＡ」と略す）即ちＨＰ２として屈折率１．４９１のポリメチルメタクリレート（以下「ＰＭＭＡ」と略す）を用いる場合、Ｍ１及びＭ３として以下の単量体が例示される。尚、括弧内のｎｄは単独重合体の屈折率を示す。
【００４４】
高屈折率の重合体を形成する単量体Ｍ１としては、ベンジルメタクリレート（ｎｄ＝１．５６８０）、フェニルメタクリレート（ｎｄ＝１．５７０６）、安息香酸ビニル（ｎｄ＝１．５７７５）、スチレン（ｎｄ＝１．５９２０）、１−フェニルエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５４９０）、２−フェニルエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５５９２）、ジフェニルメチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５９３３）、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５８１６）、１−ブロモエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５４２６）、ベンジルアクリレート（ｎｄ＝１．５５８４）、α，α−ジメチルベンジルメタクリレート（ｎｄ＝１．５８２０）、ｐ−フルオロスチレン（ｎｄ＝１．５６６）、２−クロロエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１７０）、イソボルニルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０５）、アダマンチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５３５）、トリシクロデシルメタクリレート（ｎｄ＝１．５２３）、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１１１）、２−クロロシクロヘキシルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１７９）、１，３−ジクロロプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．５２７０）、２−クロロ−１−クロロメチルエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．５２７０）、ボルニルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０５９）、シクロヘキシルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０６６）、テトラヒドロフルフィルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０９６）、アリルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１９６）、テトラヒドロフルフリルメタクリレート（ｎｄ＝１．５０９６）、ビニルクロロアセテイト（ｎｄ＝１．５１２０）、グリシジルメタクリレート（ｎｄ＝１．５１７）、メチル−α−クロロアクリレート（ｎｄ＝１．５１７２）、等が挙げられる。
【００４５】
また、低屈折率の重合体を形成する単量体Ｍ３としては、２，２，２，トリフルオロエチルメタクリレート（ｎｄ＝１．４１５）、２，２，３，３テトラフルオロプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．４２２）、２，２，３，３，３ペンタフルオロプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．３９２）、２，２，２−トリフルオロ−１−トリフルオロメチルエチルメタクルレート（ｎｄ＝１．３８０）、２，２，３，４，４，４ヘキサフルオロブチルメタクリレート（ｎｄ＝１．４０７）、２，２，３，３，４，４，５，５オクタフルオロペンチルメタクリレート（ｎｄ＝１．３９３）、２，２，２トリフロオロエチルαフルオロアクリレート（ｎｄ＝１．３８６）、２，２，３，３テトラフルオロプロピルαフルオロアクリレート（ｎｄ＝１．３９７）、２，２，３，３，３ペンタフルオロプロピルαフルオロアクリレート（ｎｄ＝１．３６６）、２，２，３，３，４，４，５，５オクタフルオロペンチルαフルオロアクリレート（ｎｄ＝１．３７６）、オルト，パラジフルオロスチレン（ｎｄ＝１．４７５０）、ビニルアセテイト（ｎｄ＝１．４６６５）、ターシャルブチルメタクリレート（ｎｄ＝１．４６３８）、イソプロピルメタクリレート（ｎｄ＝１．４７２８）、ヘキサデシルメタクリレート（ｎｄ＝１．４７５０）、イソブチルメタクリレート（ｎｄ＝１．４７７０）、α−トリフルオロメチルアクリレート、β−フルオロアクリレート、β，β−ジフルオロアクリレート、β−トリフルオロメチルアクリレート、β，β−ビス（トリフルオロメチル）アクリレート、α−クロロアクリレート等が挙げられる。
【００４６】
特に、コア中心部となる１層目コアにＰＭＭＡを用いた多層構造の光ファイバでは比較的低損失な光ファイバが得られる。例えば、Ｍ１にＭＭＡ、Ｍ２にフッ素化アルキル（メタ）アクリレートを用い、１層目コアにＭＭＡ単独重合体を用いた場合である。
【００４７】
中でも、Ｍ１にＭＭＡ、Ｍ２に２，２，３，３テトラフルオロプロピルメタクリレート（以下「４ＦＭ」と略す）を用い、１層目コアにＭＭＡ単独重合体を用いた多層構造の光ファイバは低損失性にすぐれている。
【００４８】
また、Ｍ１にベンジルメタクリレート（以下「ＢｚＭＡ」と略す）、Ｍ２にＭＭＡを用いた場合も比較的低損失な多層構造の光ファイバが得られる。この場合、各層を構成するポリマーは、組成の異なるＢｚＭＡ／ＭＭＡの各種共重合体（ＣＰ）、ＭＭＡ単独重合体（ＨＰ）となる。しかし、光ファイバの開口数を大きくしようとすると、１層目コアの共重合体中のＢｚＭＡ組成の割合を大きくする必要があり、ガラス転移温度の低いＢｚＭＡを多く用いることは、１層目コアの共重合体のガラス転移温度の低下をもたらし、光ファイバの耐熱性を低下させる結果となる。
【００４９】
この場合、次に示す材料構成を用いることで解決される。つまり、Ｍ１にＢｚＭＡ、Ｍ２にＭＭＡ、更にＭ３としてフッ素化アルキル（メタ）アクリレートを用いて多層構造の光ファイバを製造する。この場合の各層を構成するポリマーの構成は、中心層から外周部に向けて、組成の異なるＢｚＭＡ／ＭＭＡの各種共重合体（ＣＰ）、ＭＭＡの単独重合体（ＨＰ）、組成の異なるＭＭＡ／フッ素化アルキル（メタ）アクリレートの各種共重合体（ＣＰ）となる。フッ素化アルキル（メタ）アクリレートはＢｚＭＡより屈折率差があるため、ＭＭＡとの共重合組成として少量用いることで、光ファイバの開口数を大きくとることができる。
【００５０】
同時に、１層目コアのＢｚＭＡ／ＭＭＡ共重合体のＢｚＭＡ組成を小さくできるため、光ファイバ全体のガラス転移温度を高めることができ、耐熱性を向上させることができる。
【００５１】
本発明の光ファイバの中心部と外周部の屈折率の差は特に限定されないが、ある帯域性能を保持するためには光ファイバの開口数は０．２〜０．４程度であることが好ましい。
【００５２】
以下、本発明の多層構造の光ファイバの製法例について説明する。
２種類以上の単量体Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ製造され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体の２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる、屈折率の異なる２種類以上好ましくは４種類以上の紡糸原料を調製し、これらを外周部側程屈折率が低下する様にして多層同心円状ノズルに供給する。外周部には別途調製されたクラッド材を供給することになるので多層同心円状ノズルの層数はコア数とクラッド数の合計数とする。例えば屈折率の異なる２種類の紡糸原料をコア材として用い、１種類のクラッド材を用いる場合は、３層ノズルにて紡糸することになる。
【００５３】
いずれの場合も、コア中心部となる１層目コアに透明性の最も良い材料を選択し、２層目以降の少なくとも１層に前記中心層よりも透明性の劣る材料を選択することが好ましい。材料の透明性は材料自身の光透過率でも評価できるが、高精度を要するため光散乱測定により評価することが望ましい。これらの透明性は、同じポリマーであってもその精製の程度により、また同種類のモノマーを用いた共重合体でもその共重合組成比や製法等によって変化するものである。
【００５４】
以上、単量体の数ｎが３の場合について説明してきたが、ｎを４以上へと拡張することは可能である。また、単量体の数ｎが２の場合であっても同様である。
【００５５】
限定モード損失の入射角θに関する分布は、多層構造の光ファイバ内の各層を構成する重合体の各々の伝送損失や、それら隣接層間に形成されるＨＰとＣＰ、又は、異なる組成を有するＣＰ間の混合層の損失や、それら界面の乱れ、また、各層の厚さや屈折率等の多層構造の形態に関わる要因等によって変わることは既に述べた通りである。
【００５６】
光ファイバの伝送損失を低減するための多層構造の形態としては、そのコア中心部となる１層目コアに伝送損失が小さなＰＭＭＡを高い断面積占有率で配置すること、即ち、光ファイバ全断面積に占める第１層目の占有断面積の割合Ｒを大きくすることが好ましい。なぜなら、光ファイバ内の光の伝搬において、コア中心部となる１層目コアの利用効率が最も高いためである。
【００５７】
この１層目コアの占有断面積Ｒは多層構造のコアの層数Ｌにも依存しており、コア全面積に対して占める割合を１００／（Ｌ＋１）％以上とすることが効果的である。更に望ましくは、１００／Ｌ％以上である。例えば、コアが５層で構成され１層目コアがＭＭＡ単独重合体からなる多層構造の光ファイバの場合、Ｒは１６．７％以上、更に好ましくは２０％以上ということになる。
【００５８】
本発明の光ファイバはその外周に被覆層を配置して光ファイバケーブルとして使用することができる。被覆層としては、従来使用されているナイロン１２、ポリ塩化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリエチレン、ポリウレタン及びペルプレン等を用いることができる。また、光ファイバケーブルの一端または両端部にプラグを取り付けたプラグ付き光ファイバケーブルとして使用することができる。
【００５９】
【実施例】
以下実施例により具体的に説明する。尚、実施例の多層コアの光ファイバにおいて、中心部の層を１層目、その外側の層を順に２層目、・・、ｎ層目と呼ぶ。また特に断りのない限り、各（共）重合体は、精製したモノマーを重合することによって得た。即ち、モノマー蒸留精製して化学的不純物を除去した後、更に、０．１ミクロンのフィルタを用いて大きなサイズのダスト粒子を除去する方法でモノマーを精製した。
【００６０】
〔実施例１〕
１層目コアが直径４６５μｍのＰＭＭＡ層、２層目コアが層厚８３μｍの４ＦＭとＰＭＭＡとの２元共重合体であり４ＦＭの重量分率が２０ｗｔ％である共重合体層、クラッドがフッ素化メタクリレート共重合体（「フッ素系共重合体」と略す）層である直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが５４．３％の光ファイバを多層紡糸法によって製造した（表１）。
【００６１】
ファイバ長５ｍと１ｍでの光量を測定し、式（２）から限定モード損失を求め、図７の結果を得た。このファイバの開口角θｃは１７．３度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３００[dB/km]であり、１３度付近の高次モード域では３５４[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は５００ＭＨｚであり、２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が２割程度向上した。
〔実施例２〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが５４．３％の光ファイバを製造し、図８の結果を得た。尚、ＰＭＭＡは未精製のものを用いた。
【００６２】
このファイバの開口角は１７．３度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３３０[dB/km]であり、１３度付近の高次モード域では４８０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は６２０ＭＨｚであり、１層目と２層目の伝送損失が同程度のものより帯域が５割程度向上した。高次モード域の限定モード損失をもっと大きくすると、帯域は前述のものよりさらに向上することを確認した。
【００６３】
〔実施例３〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが３３．３％の光ファイバを製造し、図９の結果を得た。
【００６４】
このファイバの開口角は１６．５度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３４０[dB/km]であり、１２度付近の高次モード域では４４０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は８２０ＭＨｚであり、３層目と２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が３割程度向上した。
【００６５】
〔実施例４〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが２０．９％の光ファイバを製造し、図１０の結果を得た。
【００６６】
このファイバの開口角は２０．５度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３５０[dB/km]であり、１５度付近の高次モード域では４７０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は７３０ＭＨｚであり、４層目〜２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が８割程度向上した。
【００６７】
〔実施例５〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが５４．３％の光ファイバを製造し、図１１の結果を得た。
【００６８】
このファイバの開口角は１７．３度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域で３５０[dB/km]であり、ファイバの１３度付近の高次モード域でも３８０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は４５０ＭＨｚであった。
【００６９】
〔実施例６〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが２０．０％の光ファイバを製造し、図１２の結果を得た。
【００７０】
このファイバの開口角は１０度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３００[dB/km]であり、３度付近より損失が大きくなっており７度付近の高次モード域では３３０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は１８００ＭＨｚであり、５層目〜２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が２割程度向上した。
【００７１】
〔実施例７〕
各層の条件を表１の値に設定して実施例１と同様にして直径が７５０μｍ、１層目コアの面積占有率Ｒが２０．０％の光ファイバを製造した。この光ファイバの外周に保護層としてビニリデンフロライドとテトラフルオロエチレンの２０／８０[mol％]の共重合体を被覆し、さらにその外にポリエチレンを被覆してケーブル化した。
【００７２】
この光ファイバケーブルの限定モード損失を図１３に示した。このファイバの開口角は、１７．３度である。このとき、波長６３３ｎｍの限定モード損失は低次モード域では３００[dB/km]であり、１２度付近の高次モード域では３４０[dB/km]であった。このとき、波長６５０ｎｍで５０ｍの帯域は１０５０ＭＨｚであり、５層目〜２層目の伝送損失が１層目の伝送損失と同程度のものより帯域が２割程度向上した。
【００７３】
【表１】

【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば開口数を小さすることなく高帯域性能を達成可能でかつ低損失な光ファイバを提供することができる。また多層構造の光ファイバは比較的少ない層数で帯域性能を効率よく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】限定モード励振伝送損失測定装置の概要を示す図である。
【図２】２層コアの光ファイバにおいて、１層目と２層目のコアの界面で全反射して伝搬する光線を示す図である。
【図３】２層コアの光ファイバにおいて、１層目のコアから２層目のコアに入り、２層目コアとクラッド層との界面で全反射して伝搬する光線を示す図である。
【図４】２層コアの光ファイバにおいて、１層目と２層目のコアの伝送損失が同程度である場合の所定距離伝送後のパルス広がりを表す図である。
（ａ）は、１層目と２層目のコアとの界面で全反射して伝搬する光（１層目のコア内のみを伝搬する光）である。
（ｂ）、は２層目コアとクラッドとの界面で全反射して伝搬する光（１層目と２層目のコア内を伝搬する光）である。
（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）を合成した図である。
【図５】２層コアの光ファイバにおいて、１層目のコアより２層目のコアの伝送損失が大きい場合の所定距離伝送後のパルス広がりを表す図である。
（ｄ）は、１層目と２層目のコアとの界面で全反射して伝搬する光（１層目のコア内のみを伝搬する光）である。
（ｅ）、は２層目コアとクラッドとの界面で全反射して伝搬する光（１層目と２層目のコア内を伝搬する光）である。
（ｆ）は、（ｄ）と（ｅ）を合成した図である。
【図６】限定モード損失を示す模式図である。
【図７】実施例１の２層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図８】実施例２の２層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図９】実施例３の３層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図１０】実施例４の４層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図１１】実施例５の２層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図１２】実施例６の５層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【図１３】実施例７の５層コア光ファイバの限定モード損失を表す図である。
【符号の説明】
１Ｈｅ−Ｎｅレーザ
２開口数０．４の対物レンズ
３開口数０．１の対物レンズ
４ＸＹＺθステージ
５光ファイバ
６直径１５ｃｍの積分球
７シリコンフォトダイオード
８電流計
９パソコン
１０リニアレール
１１１層目のコア
１２２層目のコア
１３クラッド
２１遮光板

Claims

コアに中心部から外周部に向かって連続的または不連続的に屈折率が低下する屈折率分布を有するプラスチック光ファイバであって、レーザ波長５４３ｎｍまたは６３３ｎｍにおける限定モード励振伝送損失測定法において、コア中心部の屈折率とクラッド層の屈折率から規定される開口角をθｃ度とした場合に、入射角θが３度〜０．７５θｃ度のいずれかの高次モードの伝送損失が、入射角θが０度の低次モードの伝送損失よりも大きい屈折率分布型光ファイバ。
コアが多層構造からなり、かつ外周部に向かって順次低下する屈折率分布を有し、１層目コアの伝送損失よりも２層目コアの伝送損失のほうが大きいことを特徴とする屈折率分布型光ファイバ。
コアが、２種類以上の単量体単位Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からそれぞれ構成され屈折率が順次低下する単独重合体ＨＰ１、ＨＰ２、・・・、ＨＰｎ、及びこれら単量体単位の２元共重合体ＣＰ一種類以上から選ばれる共重合組成比と屈折率が異なる（共）重合体を同心円状に積層した多層構造からなることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率分布型光ファイバ。
請求項１〜３に記載の光ファイバの外周に被覆層が設けられてなる光ファイバケーブル。
請求項４に記載の光ファイバケーブルの端部にプラグが取り付けられてなるプラグ付き光ファイバケーブル。