JP6335216B2

JP6335216B2 - 複合ケーブル

Info

Publication number: JP6335216B2
Application number: JP2016110687A
Authority: JP
Inventors: ゴダードティモシー; エー．ワイマンピーター
Original assignee: オーエフエスファイテル，エルエルシー
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-06-02
Also published as: US9921380B2; JP2017173779A; US20170276890A1

Description

本開示は、概略としてファイバ光学系に関し、より詳細には光ファイバケーブルに関する。

光ファイバは、マクロベンディング損失及びマイクロベンディング損失の双方に影響を受ける。光ファイバ配線におけるばらつきは、マイクロベンディング及びマクロベンディング感度の双方に影響を与える。結果として、光ファイバケーブルの構造を変更する場合には多くの相反する要因が考慮されなければならない。なぜならケーブル構造におけるわずかなばらつきでさえも減衰特性に悪影響を及ぼし、それにより機械的試験又は環境試験中に故障してしまうからである。

本開示は、光ファイバリボンのスタックを備える光ファイバケーブルを教示する。本スタックは、スタックのコーナーにコーナーファイバ、スタックのエッジにエッジファイバを、及びスタックの内部に内部ファイバを備える。コーナーファイバが内部ファイバよりもファイバ曲げにおいて高い耐性（又はより低い曲げ感度）を有するように、異なるタイプのファイバがこの光ファイバケーブルにおいて用いられる。

他のシステム、装置、方法、特性及び効果が、後述の図面と詳細な説明を検討することで当業者には明らかとなるであろう。それら全ての更なるシステム、方法、特性及び効果は、この説明中に含まれるものであり、本開示の範囲内にあり、付随する特許請求の範囲により保護されるべきものである。

後述の図を参照することによって、本開示の多くの形態をより良く理解することができる。図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、本開示の原理を明確に図示するように配置されていることを強調する。さらに、図面において、同様の符号は、いくつかの図を通じて対応する部分を示す。

図１は、ＳＺ撚りで共に撚られたチューブを有するケーブルの一実施形態を示す図である。図２は、スタックされた光ファイバリボンを有するケーブルの一実施形態の断面を示す図である。

従来の屋外用光ファイバリボンケーブルは、外径が１２５マイクロメートル（μｍ）のガラスのクラッド及び外径が２５０μｍの被覆の光ファイバ（２５０−ミクロンファイバ又は２５０μｍファイバとも呼ばれる）を有する。２５０μｍ光ファイバは、国際電気通信連合（ＩＴＵ）電気通信部門（ＩＴＵ−Ｔ）Ｇ．６５２勧告（ＩＴＵ−ＴＧ．６５２）に準拠する標準的なシングルモードファイバである。Ｇ．６５２に準拠する２５０μｍファイバは約６２．５μｍの厚さの被覆を有し、それがガラス（コア及びクラッド）に対して十分な緩衝を与えて光信号の減衰を抑制する。このガラスファイバ上の緩衝用被覆は、屋外の環境で見られる気温の変動だけでなく、機械的な外力（例えば、引っ張り及び圧縮力）の影響をケーブルが受けても、エラー無く情報を伝送することを可能とする。この分野の光ケーブル上のこれらの機械的及び環境的な影響は、ファイバ光学系試験手順、すなわちＦＯＴＰとしてより知られる標準ＴＩＡ４５５シリーズにおいて定められた品質試験においてモデル化される。ＦＯＴＰは、ＴｅｌｃｏｒｄｉａＧＲ−２０及びＩＣＥＡ−Ｓ−８７−６４０などの性能標準において参照されている。屋外の条件でのケーブル性能をモデル化するＦＯＴＰの例は、ＴＩＡ−４５５−３３「光ファイバケーブル引張荷重及び曲げ試験」、ＴＩＡ−４５５−４１「光ファイバケーブルの圧縮載荷耐久試験」及びＴＩＡ−４５５−３「光ファイバユニット、光ケーブル及び他の受動型ファイバ部品における温度サイクルの影響を計測する手法」を含む。近年、移動体用、商業用及び住宅用のネットワークのデータ需要の増加によって、より高いファイバ密度を有するケーブルへ要求が対応して増加している。これは、ファイバ密度をより高くすれば、より多くのデータを全く同じように送信することができるからである。ファイバ密度をより高くする一つの方法は、ファイバ被覆の厚さを減少させること、例えば２５０μｍファイバの代わりに外径１２５μｍのガラスクラッド及び外径２００μｍの被覆（２００ミクロンファイバ又は２００μｍファイバと呼ばれる）の光ファイバを用いることである。２５０μｍファイバとは異なり、２００μｍファイバでは、ガラスファイバの緩衝を与える被覆が約４０％少ない。残念ながら、２００μｍファイバのより薄い被覆（及び緩衝の減少）によって、同一の導波構造体を有する２５０μｍファイバよりも大きなマクロベンディング及びマイクロベンディング感度（又はより低い曲げ耐性）がもたらされる。

図１に示すような光ファイバリボンケーブル１０５で用いる場合、２００μｍファイバのより高い曲げ感度が問題となる。これは、光ファイバケーブル１０５は、設置又は運用の間にケーブルが曲げられた場合にファイバ上の幾何歪みを平均化するように共にスタックされて撚られる光リボンを有するためである。多くの場合、リボンスタックは、ケーブルの長さにわたって一方向の連続撚り（Ｓ撚りと呼ばれる（不図示））、又は時計回りと半時計回りが交互に用いられる逆振動撚り（ＳＺ撚りと呼ばれ、図１に記載される）で撚られる。この撚りによって、ケーブルが曲げられた場合にリボンスタック上での曲げ歪みを平均化する。リボンスタックのコーナー又はエッジのファイバは、コアチューブの壁に接している場合に圧縮力又はせん断力を受ける。より高い曲げ感度の２００μｍのファイバを有するケーブルは、より高い曲げ不感性の２５０μmのファイバを有するケーブルよりも、機械的及び環境試験で合格しないことが多い。

曲げ感度の問題を解決するための従来受け入れられた知見は、２００μｍのファイバを用いる場合に、光リボンケーブル全体に曲げ損失に不感性のある光ファイバのみが用いられるべきであることを教示する。言い換えると従来の知見は、光リボンケーブルにおける２００μｍ光ファイバは全て、どちらもＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するデプレストクラッド型屈折率プロファイル（例えば、ＯＦＳＦｉｔｅｌ，ＬＬＣ社のＡｌｌＷａｖｅＦＬＥＸ＋（登録商標））又はトレンチ支援型屈折率プロファイル（例えば、ＰｒｙｓｍｉａｎＧｒｏｕｐ社のＢｅｎｄＢｒｉｇｈｔＸＳ）を有する光ファイバのように、曲げ損失に高い不感性特性を有すべきであることを教示する。

残念ながら、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバは、複雑な屈折率プロファイルのために高価である。従って、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠する２５０μｍのファイバを、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ａ２に準拠する２００μｍのファイバに大規模に代用すると、ファイバ密度がより高くなるが、全てＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバを有する光ケーブルは非常に高価なケーブルとなってしまう。

以下の様々な実施形態に示すような複合ケーブルは、この問題への解決策を与える。具体的には、開示する実施形態は、従来の２５０μｍのファイバケーブルよりも高いファイバ密度を有し、同時に、全てＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバのケーブルと比較してコストを低減する光リボンケーブルを教示する。発明の複合ケーブルは、これを、従来得た知見に反して、異なるタイプの光ファイバを用いること、すなわち、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠しない２００μｍの光ファイバに戦略的に配置されるＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠する２００μｍのファイバを合わせて用いることにより、達成する。

異なるタイプの光ファイバの戦略的な組み合わせは、後述の考察から生じる。ケーブル内の光リボンスタックがＳ撚り又はＳＺ撚りで撚られる場合、リボンスタックの外縁にある光ファイバ（エッジファイバ及びコーナーファイバ）は、スタックの内部に配置される光ファイバ（すなわち、コーナーでもエッジでもないファイバ）よりも他のケーブル要素との接触が大きい。このケーブル要素との接触の増加のために、コーナーファイバ及びエッジファイバは、内部ファイバと比べて大きなマイクロベンディング及びマクロベンディング摂動を受ける。反対に、内部ファイバではエッジファイバ又はコーナーファイバよりもケーブル要素との接触が少ないため、内部ファイバはエッジファイバ又はコーナーファイバよりもマイクロベンディング及びマクロベンディングによる影響が少ない。

複合ケーブルの一実施形態は、エッジファイバ又はコーナーファイバと比較される内部ファイバのこの矛盾した効果を利用し、内部ファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５２に準拠することのみを要する光ファイバリボンのスタックを備える一方で、コーナーファイバが曲げ不感性のＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバを備える。他の実施形態では、（スタックのコーナーに加えて）スタックのエッジも、曲げ不感性のＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ．２に準拠するファイバを備える。

本発明のいくつかの実施形態の概要を与えてきたが、ここで図２に示すような実施形態について詳細に言及する。いくつかの実施形態は、これらの図について記載されているが、ここで開示される単数又は複数の実施形態に開示が限定されるものではない。逆に、全ての代替例、変形例及び均等物を含むことが意図される。

図２は、光ファイバリボン２２０がスタックされたケーブルの一実施形態の断面を示す図である。図２に示すように、光リボンケーブルは、光ファイバリボン２２０及び２２５のスタックを備える。リボン２２０及び２２５がスタックを形成するため、スタックのエッジに配置されたリボンはエッジリボン２２０と呼ばれ、一方スタックの内部に配置されたリボンは内部リボン２２５と呼ばれる。説明の便宜上、図２のスタックは６本のリボン２２０及び２２５を備え、各リボン２２０及び２２５は８本の２００μｍの光ファイバ２４０、２５０ａ、２５０ｂ及び２６０を備え、全部で４８本の光ファイバが略長方形のアレイを構成している。１以上のリボン２２０及び２２５が除去又は追加されて、スタックのサイズを変えることができる。また、各リボン２２０及び２２５内の光ファイバ２４０、２５０ａ、２５０ｂ及び２６０の数を変化させて、各リボン２２０及び２２５のファイバ数を増加又は減少させることができる。

光ファイバ２４０、２５０ａ、２５０ｂ及び２６０の各々は、シリカ２４５（シリカはコア（符号省略）及びクラッド（符号省略）を含む）を取り囲む被覆２３５を備える。より高いファイバ密度の要求のため、ファイバの全てに対する被覆２３５の外径は約２００μｍである。約１２５μｍのクラッドの外径であれば、被覆２３５は約３７．５μｍの厚さとなる。

図２に示すように、リボン２２０及び２２５のスタックは、外被２０５により囲まれたチューブ２１０内に配置される。図２の実施形態はまた、光ファイバ２４０、２５０ａ、２５０ｂ及び２６０に平行な方向に、リボン２２０及び２２５のスタックに沿って延在する補強ロッド２１５及び２３０を示す。

特に重要なこととして、コーナーファイバ２４０は各エッジリボン２２０の端部に配置される一方で、エッジファイバ２５０ａはエッジリボン２２０の残りの部分を形成する。また、エッジファイバ２５０ｂは、内部リボン２２５の端部にある。その結果、図２においてコーナーファイバ２４０並びにエッジファイバ２５０ａ及び２５０ｂ（まとめて２５０）は、残りのファイバ（内部ファイバ２６０として示す）の周囲のファイバ２４０及び２５０の外周を形成する。

光ファイバケーブルのリボンスタックが、Ｓ撚り又はＳＺ撚りで撚られている場合、コーナーファイバ２４０及びエッジファイバ２５０は、内部ファイバ２６０よりも大きなマクロベンディング及びマイクロベンディングを受ける。そこでこの差異に適合し、より高いファイバ密度の要求に適合するため、光ファイバケーブルのいくつかの実施形態は、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄに準拠する２００μｍ内部ファイバ２６０及びＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠する２００μｍコーナーファイバを有する光ファイバリボン２２０及び２２５のスタックを備える。２００μｍコーナーファイバ２４０は、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄに準拠する内部ファイバ２６０よりも低い曲げ感度を示す。

ある実施形態において、スタックのエッジにわずかなマイクロベンディング又はマクロベンディング効果があるだけの場合、より低い曲げ耐性のＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄのファイバが２００μｍエッジファイバ２５０に選択される。他の実施形態において、スタックのエッジに大きなマイクロベンディング又はマクロベンディングがある場合、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２ファイバ又はＩＴＵ−ＴＧ．６７６．Ａ１ファイバが２００μｍエッジファイバ２５０として選択される。より厳密な標準を満たす他の実施形態では、２００μｍ内部ファイバ２６０はＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ１に準拠するファイバであり、２００μｍコーナーファイバ２４０は内部ファイバ２６０より高い曲げ不感性を有してＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバであることがわかるはずである。根本的に、発明の複合ケーブルは、内部ファイバ２６０よりも高い曲げ耐性（又は曲げ不感性）を有するコーナーファイバ２４０を備える。

単一チューブ２１０が図２にて図示されているが、他の実施形態では、光ファイバケーブルは、Ｓ撚り又はＳＺ撚りのいずれかで共に撚られている複数のチューブを備え、チューブは全て外被によって覆われていることがわかるはずである。その実施形態において、各チューブは光ファイバリボンのスタックを備え、各スタックは内部ファイバ、エッジファイバ及びコーナーファイバを有する。コーナーファイバは、内部ファイバより低い曲げ感度を有する。さらに、マイクロベンディング又マクロベンディングの度合いに応じて、エッジファイバは内部ファイバよりも高い曲げ耐性、又はコーナーファイバよりも低い曲げ耐性を有する。

従来認められた知見とは逆行して、開示された実施形態は、同一の光ファイバケーブル内に異なる曲げ感度を有する光ファイバを組み合わせることによって、全てがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するファイバを備える光ファイバケーブルよりも費用効果のある解決策を提供する。さらに、開示された光ケーブル（異なる曲げ耐性の２００μｍ光ファイバを備える）は、２５０μｍのファイバを備える従来のケーブルより高いファイバ密度となる解決策を提供する。

代表的な実施形態を示し説明してきたが、説明した開示に対して多数の変更、変形又は代替がなされ得ることは当業者にとって明らかとなる。したがって、そのような全ての変更、変形及び代替は、本開示の範囲に含まれるものとみなされるべきである。

Claims

光ファイバケーブルであって、
（ａ）チューブ、
（ｂ）前記チューブ内に配置された光ファイバリボンスタックであって、該スタックが、
（ｂ１）前記スタックのコーナーに配置されるコーナーファイバであって、該コーナーファイバが約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備え、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するコーナーファイバ、
（ｂ２）前記スタックのエッジに配置されるエッジファイバであって、該エッジファイバが約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備えるエッジファイバ、及び
（ｂ３）前記スタック内に配置される内部ファイバであって、該内部ファイバが前記コーナーファイバよりも高い曲げ感度を有し、約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備え、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄに準拠する内部ファイバ
を備えるスタック、
（ｃ）前記チューブに平行に配置された補強ロッド、並びに
（ｄ）前記スタック、前記チューブ及び前記強度材を囲む外被
を備える光ファイバケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄ.に準拠する、請求項１に記載のケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ１.に準拠する、請求項１に記載のケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２.に準拠する、請求項１に記載のケーブル。
前記内部ファイバがさらにＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ１.に準拠する、請求項１に記載のケーブル。
光ファイバケーブルであって、
光ファイバリボンスタック、
前記スタックの内部に配置された内部ファイバであって、該内部ファイバが、約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備え、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄに準拠する内部ファイバ、
前記スタックのコーナーに配置されたコーナーファイバであって、該コーナーファイバが前記内部ファイバよりも低い曲げ感度を有し、約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備え、ＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２に準拠するコーナーファイバ、及び
前記スタックのエッジに配置されたエッジファイバであって、該エッジファイバが、約２００マイクロメートルの外径を有する被覆を備えるエッジファイバ
を備える光ファイバケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５２．Ｄに準拠する、請求項６に記載のケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ１.に準拠する、請求項６に記載のケーブル。
前記エッジファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ２.に準拠する、請求項６に記載のケーブル。
前記内部ファイバがＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ａ１.にさらに準拠する、請求項６に記載のケーブル。