JP4393599B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＩ型の広伝送帯域の光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバによる情報伝達では、大容量で、電磁ノイズを受けないというメリットがある。現在、情報伝達の分野で広く実用化されている光ファイバは、極めて低損失で、かつ広伝送帯域を有する石英系ＳＩ（ステップドインデックス）型シングルモードファイバであり、主として幹線の伝送路として用いられている。また、近年情報機器の取り扱うデータの大容量化が進み、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）、オフィスオートメーション（ＯＡ）等での機器間のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の分野でも光ファイバによる情報伝達が期待されている。このような分野においては、光ファイバの取扱いの容易さが要求されるので、受光面が１０μｍ程度と小さく、発光・受光デバイスとの結合操作に労力を要する石英系シングルモードファイバは、その適用が困難である。
【０００３】
そこで、受光面の大口径化が可能なマルチモードの光ファイバであるポリマークラッドの石英ファイバやプラスチック光ファイバの適用が検討されているが、従来のポリマークラッドの石英ファイバやプラスチック光ファイバは、その伝送帯域が高々数１０ＭＨｚ程度であり、期待される短距離高速ＬＡＮに対しては十分対応できるものではなく、光ファイバのＧＩ（グレーデッドインデックス）化（特開平８−１３６７４４号公報、ＷＯ９３／０８４８８号明細書、特開平５−１７３０２６号公報）、低ＮＡ化（低開口数化）（ＷＯ９６／３６８９４号明細書）等による伝送帯域の広帯域化の試みがなされている。
【０００４】
マルチモードの光ファイバの広伝送帯域化は、低次と高次の伝搬モードの遅延を小さくすることにより達成され、ＧＩ化ではファイバ内に屈折率分布を設けることにより、また低ＮＡ化では高次モード成分をカットすることにより達成される。ＧＩ化の方法としては、石英ファイバでは母材と屈折率の異なるドーパントを用いて屈折率分布を形成する方法、プラスチック光ファイバでは屈折率の異なる重合体を組み合わせて屈折率分布を形成する方法等が知られているが、石英ファイバではＳＩ型の光ファイバに比べて製造プロセスが複雑でコスト高となる欠点があり、またコスト的には有利なプラスチック光ファイバでも伝送損失の増加、環境安定性の面で問題がある。
【０００５】
一方、低ＮＡ化は、コアとクラッドの屈折率差を小さくし、光ファイバの開口数を小さくすることにより広伝送帯域化するものであるが、開口数を小さくすると、曲げ損失、結合損失等の実用特性の低下、定常モード数の減少によるクラッドモードの影響が増加し、開口数から理論的に導かれる伝送帯域を確保できない等の問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、マルチモードのポリマークラッドのＳＩ型光ファイバであって、かつ広伝送帯域を有し、実用特性に優れた光ファイバを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、波長６５０ｎｍの光を通信波長として使用するポリマークラッドを有するＳＩ型光ファイバにおいて、コア材が石英ガラスまたはポリメタクリル酸メチルを主成分とするプラスチックからなり、クラッド部の少なくとも一層に６００〜７００ｎｍの波長域の光を吸収する光吸収剤又は５５０〜６５０ｎｍの波長域の光を吸収する光吸収剤を０．００５〜０．０１５重量％の範囲で含有させたことを特徴とする光ファイバ、にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバにおいては、コアの外側のクラッド部に特定波長域の光のみを吸収する光吸収剤を含有させることにより、クラッドを伝搬する光であるクラッドモード、高次モード成分を減衰させ、定常モード間の伝搬遅延を少なくして広伝送帯域化を達成する。従って本発明の光ファイバは、開口数を小さくすることなく広伝送帯域化を可能としたものであり、また低ＮＡ化の際に問題となる曲げ損失等の低下がない等実用特性に優れたものである。
【０００９】
本発明の光ファイバにおけるポリマークラッド（以下、単にクラッドという）は、単層であっても、また複数層であってもよいが、少なくともクラッド最内層がコアよりも屈折率が０．０１以上小さい状態に形成されていればよい。クラッド材としては、含フッ素樹脂等公知のポリマーを用いることができる。また、本発明の光ファイバにおけるコアは、プラスチックをコア材として形成されていてもよいし、石英ガラスをコア材として形成されていてもよい。またコア材のプラスチックとしては、ポリメタクリル酸メチルを主成分とするプラスチックが好ましいものとして挙げられ、更に好ましくはポリメタクリル酸メチルを７０重量％以上含むプラスチックである。
【００１０】
クラッドの形成は、公知の方法によって行われ、例えばコーティング法、紫外線等の照射による硬化法等が用いられる。また、ポリメタクリル酸メチル等の溶融賦形可能なプラスチックスをコア材とする場合は、同心円状複合ノズルを用いる複合紡糸法によってコアの形成と同時にクラッドを形成することもできる。
【００１１】
本発明の光ファイバにおいて、クラッド部に含有させる光吸収剤は、可視光からこの可視光に続く近赤外光までの光領域のうちの特定波長域の光のみを吸収する光吸収剤であり、その化学構造が特に限定されるものではなく、クラッドのポリマーに対する分散性が良好なるものが好ましく用いられる。本発明の光ファイバにおいて、好ましく用いられる光吸収剤としては、例えば、ダイアレジン ブルー ４Ｇ（三菱化学社製）、カヤセット ブルー ＡＣＲ、カヤソーブ イエロー ２Ｇ、カヤソーブ オレンジ Ｇ、カヤソーブ イエロー Ａ−Ｇ、カヤソーブ イエロー Ｅ−Ｇ、カヤソーブ レッド Ｇ、カヤソーブ レッド １３０、カヤソーブ レッド Ｂ（以上、日本化薬社製）、ＭＳ イエロー ＨＤ−１８０、ＭＳ マゼンタ ＨＭ−１４５０（以上、三井東圧染料社製）等が挙げられ、これらは単独で又は二種以上組み合わせて用いられる。
【００１２】
これら光吸収剤の選択にあたっては、光の特定波長域を光ファイバの通信波長付近に設定することによって少量の光吸収剤の含有で効果的に広伝送帯域化を可能とすることできる。特に、６５０ｎｍの通信波長に設定する場合は、６５０ｎｍを含む特定波長域に光の吸収ピークを有する光吸収剤を用いることが好ましく、例えば６００〜７００ｎｍの波長域に光の吸収ピークを有するダイアレジン ブルー ４Ｇ（三菱化学社製）、５５０〜６５０ｎｍの波長域に光の吸収ピークを有するカヤセット ブルー ＡＣＲ（日本化薬社製）が好ましく用いられる。
【００１３】
クラッド部へ光吸収剤を含有させるには、メルトブレンド、ソルベントブレンド等の方法が適宜用いられる。また、クラッドを紫外線硬化型樹脂により形成する場合は、コーティングする硬化型樹脂溶液に光吸収剤を添加する方法も用いられる。また、クラッド部が複数層からなる場合は、その少なくとも一層に光吸収剤が含有されていればよい。また、含有させる光吸収剤の分散状態が不均一であると、伝送損失が増大するため、クラッド部への光吸収剤の含有の際は、光吸収剤は、クラッド内に均一に分散させることが望ましい。
【００１４】
クラッド部への光吸収剤の含有量は、好ましくは０．００１〜０．０５重量％、より好ましくは０．００５〜０．０１５重量％の範囲である。光吸収剤の含有量が０．００１重量％未満では、広伝送帯域化が十分に達成されず、０．０５重量％を超えると、伝送特性の低下が大きくなる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００１６】
（実施例１）
外径３０ｍｍの石英棒をカーボン抵抗加熱炉にて２０００℃に加熱し、外径２００μｍ、屈折率１．４６のコアファイバに線引きした。一方、硬化後の屈折率が１．４１となる紫外線硬化型シリコーン樹脂溶液（信越シリコーン社製ＯＦ１６２）に光吸収剤としてダイアレジン ブルー ４Ｇ（三菱化学社製）０．０１重量％を加え均一に混合してクラッド用コーティング溶液を調製した。
【００１７】
このクラッド用コーティング溶液をコーティング用ダイスを用いてコアファイバにコーティングした後、高圧水銀灯により紫外線照射して硬化しコア径２００μｍ、ファイバ径２４０μｍのＳＩ型光ファイバを得た。得られた光ファイバの１００ｍ、入射開口数０．６５の条件における−３ｄＢの伝送帯域を浜松ホトニクス社製光サンプリングオシロスコープを用いてインパルス応答法により測定（１０２ｍ−２ｍカットバック、光源：東芝社製半導体ＬＤ ＴＯＬＤ９４１０）したところ、伝送帯域が１３２ＭＨｚであった。また３ｍｍＲ−１８０度曲げにおける曲げ損失を測定（ファイバ長２ｍ）したところ、曲げ損失が３．７ｄＢであった。
【００１８】
（実施例２）
実施例１で得たと同じコアファイバに、硬化後の屈折率が１．４１となる紫外線硬化型シリコーン樹脂溶液（信越シリコーン社製ＯＦ１６２）をコーティング用ダイスを用いてコーティングし、高圧水銀灯により紫外線照射して硬化しコア径２００μｍ、ファイバ径２２０μｍのポリマークラッドの有る光ファイバを得た。得られた光ファイバに硬化後の屈折率が１．３８となる紫外線硬化型フッ素樹脂溶液（大日本インキ社製ＤＥＦＦＥＮＳＡ７７０２Ａ）に光吸収剤としてダイアレジン ブルー ４Ｇ（三菱化学社製）０．０１重量％を加え均一に混合してなるクラッド用コーティング溶液をコーティング用ダイスを用いてコーティングした後、高圧水銀灯により紫外線照射してコア径２００μｍ、ファイバ径２４０μｍのクラッドが二層のＳＩ型光ファイバを得た。得られた光ファイバの特性を実施例１と同様にして測定したところ、伝送帯域が１１５ＭＨｚ、曲げ損失が３．２ｄＢであった。
【００１９】
（実施例３）
実施例２において、硬化後の屈折率が１．３８となる紫外線硬化型フッ素樹脂溶液（大日本インキ社製ＤＥＦＦＥＮＳＡ７７０２Ａ）を、硬化後の屈折率が１．４１となる紫外線硬化型シリコーン樹脂溶液（信越シリコーン社製ＯＦ１６２）に代えた以外は、実施例２と同様にして、ＳＩ型光ファイバを得た。得られた光ファイバについて実施例１と同様にして測定した伝送帯域、曲げ損失を表１に示した。
【００２０】
（実施例４、比較例１〜２）
クラッドの構成、使用する光吸収剤を表１に示すように変更し、実施例１と同様にして、ＳＩ型光ファイバを得た。得られた光ファイバについての実施例１と同様にして測定した伝送帯域、曲げ損失を表１に示した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
（実施例５）
コア材としてポリメタクリル酸メチル（屈折率１．４９）、クラッド材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマー（８０／２０モル％、屈折率１．４１）９９．９９重量％と光吸収剤のカヤセット ブルー ＡＣＲ（日本化薬社製）０．０１重量％とを２軸押出機により混合した混合物を用い、クラッド材が外層に配置される同心円状複合ノズルを用いて溶融複合紡糸法により紡糸し、コア径９６０μｍ、ファイバ径１ｍｍのＳＩ型プラスチック光ファイバを得た。得られた光ファイバの特性を実施例１と同様にして測定したところ、伝送帯域が１０３ＭＨｚであり、１０ｍｍＲ−１８０度曲げにおける曲げ損失が１．７ｄＢであった。
【００２３】
（実施例６）
コア材としてポリメタクリル酸メチル（屈折率１．４９）、第１クラッド材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマー（８０／２０モル％、屈折率１．４１）、第２クラッド材としてフッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマー（８０／２０モル％、屈折率１．４１）９９．９９重量％と光吸収剤のカヤセット ブルー ＡＣＲ（日本化薬社製）０．０１重量％とを２軸押出機により混合した混合物を用い、第２クラッド材が最外層に配置される同心円状複合ノズルを用いて溶融複合紡糸法により紡糸し、コア径９６０μｍ、第１、第２クラッドの厚さが各１０μｍ、ファイバ径１ｍｍのクラッドが二層のＳＩ型プラスチック光ファイバを得た。得られた光ファイバの特性を実施例１と同様にして測定したところ、伝送帯域が９６ＭＨｚであり、１０ｍｍＲ−１８０度曲げにおける曲げ損失が１．６ｄＢであった。
【００２４】
（実施例７）
クラッドの構成、使用する光吸収剤を表２に示すように変更し、実施例６と同様にして、ＳＩ型プラスチック光ファイバを得た。得られた光ファイバについての実施例６と同様にして測定した伝送帯域、曲げ損失を表２に示した。
【００２５】
（比較例３〜４）
クラッドの構成、使用する光吸収剤を表２に示すように変更し、実施例５と同様にして、ＳＩ型プラスチック光ファイバを得た。得られた光ファイバについての実施例５と同様にして測定した伝送帯域、曲げ損失を表２に示した。
【００２６】
【表２】

【００２７】
【発明の効果】
本発明の光ファイバは、マルチモードのポリマークラッドのＳＩ型光ファイバであって、広伝送帯域を有し、かつ曲げ損失等の低下のない実用特性に優れたものであり、ＦＡ、ＯＡ等での機器間のＬＡＮ等の分野での光ファイバによる情報伝達に有用なるものである。

Claims (2)

1. 波長６５０ｎｍの光を通信波長として使用するポリマークラッドを有するＳＩ型光ファイバにおいて、コア材が石英ガラスまたはポリメタクリル酸メチルを主成分とするプラスチックからなり、クラッド部の少なくとも一層に６００〜７００ｎｍの波長域の光を吸収する光吸収剤又は５５０〜６５０ｎｍの波長域の光を吸収する光吸収剤を０．００５〜０．０１５重量％の範囲で含有させたことを特徴とする光ファイバ。
2. 波長６５０ｎｍ、１００ｍ、入射開口数０．６５の条件における−３ｄＢの伝送帯域が１００ＭＨｚ以上である請求項１に記載の光ファイバ。