JP6527973B2 - 光ファイバ - Google Patents

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Description

本発明は、ディプレスド層を備えた光ファイバに関する。
長距離伝送可能な光通信システムを実現するためには、光信号のパワーを大きくすることと共に、伝送媒体である光ファイバの伝送損失を小さくし、光信号雑音比を改善することが重要である。ところが、光信号のパワーを大きくすると、光ファイバにおける非線形光学効果により光信号雑音比が悪化する。このため、光ファイバの実効コア断面積Aeffを拡大することによって、非線形光学効果を抑える手法がしばしば採用される。
しかしながら、実効コア断面積Aeffの拡大には、マイクロベンド損失の増大という副作用が伴う。したがって、ケーブル化した際の損失を小さく抑える必要がある長距離伝送用の光ファイバにおいては、実効コア断面積Aeffの拡大に伴うマイクロベンド損失の増大を抑える工夫が必要になる。
特許文献1には、被覆層のヤング率と厚みとを最適化することによって、実効コア断面積Aeffの拡大に伴うマイクロベンド損失の増大を抑える技術が開示されている。
国際公開2000/062106号パンフレット(国際公開日:2000年10月19日)
しかしながら、特許文献1に従って被覆層のヤング率と厚みとを最適化するだけでは、光ファイバのマイクロベンド損失を長距離伝送に耐えるレベルに抑えることが困難であった。例えば、テープスロット型ケーブルに収容する光ファイバに関しては、そのマイクロベンド損失を長距離伝送に耐えるレベルに抑えることができなかった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、特許文献1では見過されていた屈折率分布の最適化により、マイクロベンド損失を抑えた光ファイバを実現することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光ファイバは、コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッド層と、前記コアと前記クラッド層との間に介在する、前記クラッド層よりも屈折率が低いディプレスド層と、を備え、実効コア断面積Aeffが100μm以上、129μm以下であり、前記コアの半径r1が5.2μm以上、7.4μm以下であり、前記コアの屈折率体積Vcoreが8.5%μm以上、16.5%μm以下であり、前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−40%μm以上、0%μm未満である、ことを特徴とする。
本発明によれば、マイクロベンド損失を抑えた光ファイバを実現することができる。
本発明の一実施形態に係る光ファイバに関し、その光ファイバの構成を示す断面図と、その光ファイバの屈折率分布を示すグラフとの組図である。 図1に示す光ファイバに関し、伝搬定数差Δβと実効コア断面積Aeffとの相関を示すグラフである。 図1に示す光ファイバに関し、伝搬定数差Δβとコアの半径r1との相関を示すグラフである。 図1に示す光ファイバに関し、伝搬定数差Δβとコアの屈折率体積Vcoreとの相関を示すグラフである。 図1に示す光ファイバに関し、伝搬定数差Δβとディプレスド層の屈折率体積Vdepとの相関を示すグラフである。 図1に示す光ファイバの他の屈折率分布を示すグラフである。
〔光ファイバの構成〕
本発明の一実施形態に係る光ファイバについて、図1を参照して説明する。図1の上段は、光ファイバ1の構成を示す断面図であり、光ファイバ1の屈折率分布を示すグラフである。
光ファイバ1は、円柱状の素線部11と、素線部11の側面を覆う円筒状の被覆部12と、を備えている。素線部11は、円柱状のコア111と、コア111の側面を覆う円筒状のディプレスド層112と、ディプレスド層112の外側面を覆う円筒状のクラッド層113とにより構成されている。被覆部12は、クラッド層113の外側面を覆う円筒状の1次被覆層121と、1次被覆層121の外側面を覆う円筒状の2次被覆層122と、により構成されている。素線部11の外径(直径)は、100μm以上125μm以下であり、1次被覆層121の外径(直径)は、130μm以上250μm以下であり、2次被覆層122の外径(直径)は、160μm以上400μm以下である。
光ファイバ1の素線部11は、シリカ(SiO2)ガラスを主成分とする。素線部11を構成するコア111、ディプレスド層112、及びクラッド層113は、屈折率の違いにより互いに区別される。すなわち、コア111の屈折率n1は、クラッド層113の屈折率n3よりも高く、ディプレスド層112の屈折率n2は、クラッド層113の屈折率n3よりも低い。光ファイバ1は、ゲルマニウムコアの光ファイバとして実現されていてもよいし、シリカコアの光ファイバとして実現されていてもよい。前者の場合、屈折率を上昇させるためにゲルマニウム(Ge)がコア111に添加され、屈折率を低下させるためにフッ素(F)がディプレスド層112に添加される。この場合、クラッド層113は、シリカガラスからなる。後者の場合、屈折率を大きく低下させるために高濃度のフッ素がディプレスド層112に添加され、屈折率を小さく低下させるための低濃度のフッ素がクラッド層113に添加される。この場合、コア111は、ゲルマニウムの添加されていないシリカガラスからなる。
以下、コア111の半径(光ファイバ1の中心軸からコア111の側面までの距離)をr1とし、ディプレスド層112の外半径(光ファイバ1の中心軸からディプレスド層112の外側面までの距離)をr2とする。また、クラッド層113の屈折率n3に対するコア111の屈折率n1の比屈折率差100×(n1−n3)/n3をΔ1(%を単位とする正の値を取る)とし、クラッド層113の屈折率n3に対するディプレスド層112の屈折率n2の比屈折率差100×(n2−n3)/n3をΔ2(%を単位とする負の値を取る)とする。光ファイバ1の屈折率分布を規定するこれらの構造定数の好適値については、後述する。
光ファイバ1の被覆部12は、紫外線硬化樹脂により構成されている。被覆部12を構成する1次被覆層121及び2次被覆層122は、ヤング率の違いにより互いに区別される。すなわち、2次被覆層122のヤング率は、1次被覆層121のヤング率よりも高い。例えば、1次被覆層121のヤング率を1MPa以下とし、2次被覆層122のヤング率を500MPa以上とすることで、実効コア断面積が大きく、かつ、マイクロベンド損失が小さい光ファイバ1を実現することが可能になる。なお、被覆部12の材料として利用可能な紫外線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート系、ポリブタンジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系などの紫外線硬化樹脂が挙げられる。
〔伝搬定数差Δβについて〕
本明細書においては、マイクロベンド損失を律するパラメータとして、光ファイバの伝搬定数差Δβに着目する。ここで、伝搬定数差Δβとは、伝搬モードの伝搬定数と放射モードの伝搬定数との差のことを指す。伝搬定数差Δβが大きくなるほど、伝播モードが放射モードに結合し難くなり、その結果、マイクロベンド損失が生じ難くなる。なお、伝搬定数差Δβは、光ファイバの屈折率分布を決める構造定数r1、r2、Δ1、Δ2から有限要素法を用いて算出することができる。
伝搬定数差Δβは、8500rad/m以上であることが好ましく、9700rad/m以上であることが更に好ましい。伝搬定数差Δβが8500rad/m以上であることが好ましい理由は、そうしないと(伝搬定数差Δβを8500rad/mよりも小さくすると)、標準的なテープスロット型ケーブルに収容したときに生じる波長1550nmにおける伝送損失の増加が0.01dB/kmよりも大きくなってしまうことが多くなるためである。また、伝搬定数差Δβが9700rad/m以上であることが更に好ましい理由は、そうすると(伝搬定数差Δβを9700rad/m以上にすると)、標準的なテープスロット型ケーブルに収容したときに生じる波長1550nmにおける伝送損失の増加が0.002dB/km以下となり、これを無視することができるためである。さらに、伝搬定数差Δβが9700rad/m以上である光ファイバは、細径のテープスロット型ケーブルに収容したときにも伝送損失の増加を小さく抑えることができるので、細径のテープスロット型ケーブルにおいても好適に利用することができる。なお、好ましい伝搬定数差Δβの下限値が細径のテープスロットケーブルに収容される光ファイバにおいて大きくなるのは、光ファイバに掛る側圧が標準的なテープスロット型ケーブルに収容される光ファイバよりも大きくなるからである。
本願発明者は、上述した光ファイバ1の屈折率分布を特徴付ける各種パラメータのなかで、特に、(a)実効コア断面積Aeff、(b)コア111の半径r1、(c)コア111の屈折率体積Vcore、及び、(d)ディプレスド層112の屈折率体積Vdepの4つのパラメータが伝搬定数差Δβと有意な相関を示すことを見出した。ここで、実効コア断面積Aeffは、光学的に有効なコア111の断面積を表し、下記の式(1)により定義される。下記の式(1)において、Eは、コア111の中心軸からの距離がrとなる点における伝搬光の電界強度を表す。また、屈折率体積Vcore及びVdepは、それぞれ、下記の式(2)及び式(3)により定義される。
Figure 0006527973
Figure 0006527973
Figure 0006527973
以下、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0[rad/m]以上にするために、上記4つのパラメータに課される条件、特に伝搬定数差Δβを8500rad/m又は9700rad/m以上にするために、上記4つのパラメータに課される条件について検討する。
〔実効コア断面積Aeffについて〕
図2は、波長1.55μmにおける実効コア断面積Aeffと伝搬定数差Δβとの相関関係を示すグラフである。図2に示すグラフは、光ファイバ1が取り得る100通り以上の屈折率分布の各々について、実効コア断面積Aeffの値[μm]と伝播定数差Δβの値[rad/m]とを数値的に算出し、得られた値の対を点としてプロットすることにより得られたものである。
図2に示すグラフによれば、ある実効コア断面積Aeffを有する光ファイバ1の伝搬定数差Δβは、その実効コア断面積Aeffが100[μm]以上であるとき、その実効コア断面積Aeffから定まる上限値Δβmax[rad/m]=16650[rad/m]−63.2[(rad/m)・(1/μm)]×Aeff[μm](実線で図示した直線に対応)以下となることが分かる。
したがって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0[rad/m]以上にするためには、実効コア断面積Aeffを100[μm]以上、(16650[rad/m]−Δβ0[rad/m])/63.2[(rad/m)・(1/μm)]以下とすることが必要である。逆に、実効コア断面積Aeffが100[μm]以上、(16650[rad/m]−Δβ0[rad/m])/63.2[(rad/m)・(1/μm)]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0以上にすることができる。
例えば、伝搬定数差Δβをある8500[rad/m]以上にするためには、実効コア断面積Aeff[μm]を100[μm]以上、(16650[rad/m]−8500[rad/m])/63.2[(rad/m)・(1/μm)]≒129[μm]以下とする必要がある。逆に、実効コア断面積Aeffが100[μm]以上、129[μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを8500[rad/m]以上にすることができる。
また、伝搬定数差Δβをある9700[rad/m]以上にするためには、実効コア断面積Aeff[μm]を100[μm]以上、(16650[rad/m]−9700[rad/m])/63.2[(rad/m)・(1/μm)]≒110[μm]以下とする必要がある。逆に、実効コア断面積Aeffが100[μm]以上、110[μ
]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを9700[rad/m]以上にすることができる。
〔コアの半径r1について〕
図3は、コア111の半径r1と伝搬定数差Δβとの相関関係を示すグラフである。図3に示すグラフは、光ファイバ1が取り得る100通り以上の屈折率分布の各々について、半径r1と伝播定数差Δβの値[rad/m]とを数値的に算出し、得られた値の対を点としてプロットすることにより得られたものである。
図3に示すグラフによれば、コア111がある半径r1を有する光ファイバ1の伝搬定数差Δβは、(1)r1<5.9[μm]のとき、上限値Δβmax[rad/m]=−9329[rad/m]+3429[(rad/m)/μm]×r1[μm](点線で図示した直線に対応)以下となり、(2)r≧5.9[μm]のとき、上限値Δβmax[rad/m]=21180[rad/m]−1714[(rad/m)/μm]×r1[μm](実線で図示した直線に対応)以下となることが分かる。
したがって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0[rad/m]以上にするためには、半径r1を(9329[rad/m]+Δβ0[rad/m])/3429[(rad/m)/μm]以上、(21180[rad/m]−Δβ0[rad/m])/1714[(rad/m)/μm]以下とすることが必要である。逆に、半径r1が(9329[rad/m]+Δβ0[rad/m])/3429[(rad/m)/μm]以上、(21180[rad/m]−Δβ0[rad/m])/1714[(rad/m)/μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0以上にすることができる。
例えば、伝搬定数差Δβをある8500[rad/m]以上にするためには、半径r1を(9329[rad/m]+8500[rad/m])/3429[(rad/m)/μm]≒5.2[μm]以上、(21180[rad/m]−8500[rad/m])/1714[(rad/m)/μm]≒7.4[μm]以下とする必要がある。逆に、半径r1が5.2[μm]以上7.4[μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを8500[rad/m]以上にすることができる。
また、伝搬定数差Δβをある9700[rad/m]以上にするためには、半径r1を(9329[rad/m]+9700[rad/m])/3429[(rad/m)/μm]≒5.55[μm]以上、(21180[rad/m]−9700[rad/m])/1714[(rad/m)/μm]≒6.7[μm]以下とする必要がある。逆に、半径r1が5.55[μm]以上6.7[μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを9700[rad/m]以上にすることができる。
〔コアの屈折率体積Vcoreについて〕
図4は、コア111の屈折率体積Vcoreと伝搬定数差Δβとの相関関係を示すグラフである。図4に示すグラフは、光ファイバ1が取り得る100通り以上の屈折率分布の各々について、屈折率体積Vcoreと伝播定数差Δβの値[rad/m]とを数値的に算出し、得られた値の対を点としてプロットすることにより得られたものである。
図4に示すグラフによれば、コア111がある屈折率体積Vcoreを有する光ファイバ1の伝搬定数差Δβは、(1)Vcore<11.2[%μm]のとき、上限値Δβmax[rad/m]=655[rad/m]+923[(rad/m)/(%μm)]×Vcore[%μm](点線で図示した直線に対応)以下となり、(2)r≧11.2[%μm]のとき、上限値Δβmax[rad/m]=16420[rad/m]−480[(rad/m)/(%μm)]×Vcore[%μm](実線で図示した直線に対応)以下となることが分かる。
したがって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vcoreを(−655[rad/m]+Δβ0[rad/m])/923[(rad/m)/(%μm)]以上、(16420[rad/m]−Δβ0[rad/m])/480[(rad/m)/(%μm)]以下とすることが必要である。逆に、屈折率体積Vcoreが(−655[rad/m]+Δβ0[rad/m])/923[(rad/m)/(%μm)]以上、(16420[rad/m]−Δβ0[rad/m])/480[(rad/m)/(%μm)]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0以上にすることができる。
例えば、伝搬定数差Δβをある8500[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vcoreを(−655[rad/m]+8500[rad/m])/923[(rad/m)/(%μm)]≒8.5[%μm]以上、(16420[rad/m]−8500[rad/m])/480[(rad/m)/(%μm)]≒16.5[%μm]以下とする必要がある。逆に、屈折率体積Vcoreが8.5[%μm]以上16.5[%μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを8500[rad/m]以上にすることができる。
また、伝搬定数差Δβをある9700[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vcoreを(−655[rad/m]+9700[rad/m])/923[(rad/m)/(%μm)]≒9.8[%μm]以上、(16420[rad/m]−9700[rad/m])/480[(rad/m)/(%μm)]≒14[%μm]以下とする必要がある。逆に、屈折率体積Vcoreが9.8[%μm]以上14[%μm]以下であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを9700[rad/m]以上にすることができる。
〔ディプレスド層の屈折率体積Vdepについて〕
図5は、ディプレスド層112の屈折率体積Vdepと伝搬定数差Δβとの相関関係を示すグラフである。図5に示すグラフは、光ファイバ1が取り得る100通り以上の屈折率分布の各々について、屈折率体積Vdepと伝播定数差Δβの値[rad/m]とを数値的に算出し、得られた値の対を点としてプロットすることにより得られたものである。
図5に示すグラフによれば、ディプレスド層112がある屈折率体積Vdepを有する光ファイバ1の伝搬定数差Δβは、屈折率体積Vdepが0[%μm]未満のときに、上限値Δβmax[rad/m]=13300[rad/m]+120[(rad/m)/(%μm)]×Vdep[%μm](実線で図示した直線に対応)以下となることが分かる。
したがって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vdepを(−13300[rad/m]+Δβ0[rad/m])/120[(rad/m)/(%μm)]以上、0[%μm]未満とすることが必要である。逆に、屈折率体積Vdepが(−13300[rad/m]+Δβ0[rad/m])/120[(rad/m)/(%μm)]以上、0[%μm]未満であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0以上にすることができる。
例えば、伝搬定数差Δβをある8500[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vdepを(−13300[rad/m]+8500[rad/m])/120[(rad/m)/(%μm)]≒−40[%μm]以上、0[%μm]未満とする必要がある。逆に、屈折率体積Vdepが−40[%μm]以上、0[%μm]未満であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを8500[rad/m]以上にすることができる。
また、伝搬定数差Δβをある9700[rad/m]以上にするためには、屈折率体積Vdepを(−13300[rad/m]+9700[rad/m])/120[(rad/m)/(%μm)]≒−30[%μm]以上、0[%μm]未満とする必要がある。逆に、屈折率体積Vdepが−30[%μm]以上、0[%μm]未満であれば、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を適宜設定することによって、伝搬定数差Δβを9700[rad/m]以上にすることができる。
〔検討結果のまとめ〕
以上の検討から、以下の結論が導かれる。
すなわち、伝搬定数差Δβを所定値Δβ0以上にするためには、(a)実効コア断面積Aeff[μm]、(b)コア111の半径r1[μm]、(c)コア111の屈折率体積Vcore[%μm]、及び、(d)ディプレスド層112の屈折率体積比Vdep[%μm]の4つのパラメータが下記の条件を満たすように、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を設定すればよい。なお、式中の諸量の単位については、上述した通りである。
(a)100≦Aeff≦(16650−Δβ0)/63.2
(b)(9329+Δβ0)/3429≦r1≦(21180−Δβ0)/1714
(c)(−655+Δβ0)/923≦Vcore≦(16420−Δβ0)/480
(d)(−13300+Δβ0)/120≦Vdep<0
例えば、伝搬定数差Δβを8500[rad/m]以上にするためには、上記4つのパラメータが下記の条件を満たすように、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を設定すればよい。
(a1)100≦Aeff≦129μm
(b1)5.2μm≦r1≦7.4μm
(c1)8.5%μm≦Vcore≦16.5%μm
(d1)−40%μm≦Vdep<0%μm
この際、Δ1、Δ2、r2/r1は、例えば、以下の範囲から選べばよい。
(e1)0.26%≦Δ1≦0.34%
(f1)−0.07%≦Δ2≦−0.03%
(g1)3.2≦r2/r1≦4.0
或いは、以下の範囲から選べばよい。
(e1’)0.26%≦Δ1≦0.35%
(f1’)−0.07%≦Δ2≦−0.002%
(g1’)2.8≦r2/r1≦4.0
また、伝搬定数差Δβを9700[rad/m]以上にするためには、上記4つのパラメータが下記の条件を満たすように、構造定数r1、r2、Δ1、Δ2を設定すればよい。
(a2)100≦Aeff≦110μm
(b2)5.55μm≦r1≦6.7μm
(c2)9.8%μm≦Vcore≦14%μm
(d2)−30%μm≦Vdep<0%μm
この際、Δ1、Δ2、r2/r1は、例えば、以下の範囲から選べばよい。
(e2)0.26%≦Δ1≦0.34%
(f2)−0.07%≦Δ2≦−0.03%
(g2)3.2≦r2/r1≦4.0
或いは、以下の範囲から選べばよい。
(e2’)0.26%≦Δ1≦0.35%
(f2’)−0.07%≦Δ2≦−0.002%
(g2’)2.8≦r2/r1≦4.0
何れの場合についても、実効コア断面積Aeffは、100μm以上であることが好ましい。また、分散は、18ps/nm/km以上23ps/nm/kmであることが好ましい。また、波長1.55μmにおける損失は、0.185dB/km以下であることが好ましい。また、カットオフ波長λccは、1.35nm以上1.53nm以下であることが好ましい。これにより、長距離伝送用の光ファイバに要求される各種条件を充足することができる。
なお、光ファイバ1がゲルマニウムコアの光ファイバである場合、Δ1は、0.33%以下であることが好ましい。なぜなら、コア111にゲルマニウムを添加することによってΔ1を0.33%よりも大きくすると、ゲルマニウムによるレーリー散乱のために波長1.55μmにおける損失が0.185dB/kmを超える可能性があるためである。
一方、光ファイバ1がシリカコアの光ファイバである場合、ゲルマニウムよるレーリー散乱が生じないので、波長1.55μmにおける損失を0.175dB/km以下とすることができる。この場合、コア111の塩素濃度を0.2wt%以上2.0wt%以下とすることが好ましい。なぜなら、シリカガラスに適量の塩素を添加すると酸素過剰欠陥・酸素欠乏欠陥が少なくなり、伝送損失の増加を抑制することができるためである。
〔実施例〕
光ファイバ1の実施例として、シリカコアの光ファイバA〜E、ゲルマニウムコアの光ファイバF、及び、シリカコアの光ファイバG〜Jを製造し、その特性を評価した。なお、光ファイバA〜Jにおいては、素線部11の外径を125μmとし、1次被覆層121の外径を190μmとし、2次被覆層122の外径(直径)を241μmとした。また、1次被覆層121の材料としては、ヤング率が0.54MPaのアクリレート系紫外線硬化樹脂を用い、2次被覆層122の材料としては、ヤング率が600MPaのアクリレート系紫外線硬化樹脂を用いた。
下記の表1〜3は、その結果である。表1は、光ファイバA〜Jの構造定数Δ1、Δ2、r1、r2、r2/r1を示す。表2は、光ファイバA〜Jの屈折率体積Vcore、Vdep、屈折率体積比Vdep/Vcore、カットオフ波長λcc、実効コア断面積Aeffを示す。表3は、光ファイバA〜JのMFD(Mode Field Diameter)、分散、損失、伝搬定数差Δβ、SPロス増を示す。カットオフ波長λcc、実効コア断面積Aeff、分散、損失、伝搬定数差Δβ、SPロス増は、何れも波長1.55μmに対する実測値である。光ファイバA〜Jは、伝搬定数差Δβが8500[rad/m]以上となる好ましい実施例であり、特に、光ファイバA、Eは、伝搬定数差Δβが9700[rad/m]以上となる特に好ましい実施例である。
Figure 0006527973
Figure 0006527973
Figure 0006527973
ここで、「SPロス増」とは、マイクロベンド損失の評価方法の1つであり、サンドペーパー(SP)張力巻き試験による伝送損失の増加(ロス増)を意味する。SPロス増の値が0.5dB/km以下であると、標準的なテープスロット型ケーブルに収容することによる伝送損失の増加を抑えることができる。
SPロス増は、下記のように測定される。すなわち、(1)平均粒径50μmのSiCサンドペーパー(例えば、型番#380)を巻き付けた胴径380mmのボビンを用意する。(2)100gfの張力を掛けながら、工程(1)にて用意したボビンの胴部に光ファイバ1を巻き付ける。(3)ボビンに巻き付けられた状態で光ファイバ1の伝送損失を測定する。(4)光ファイバ1をボビンから繰り出す。(5)ボビンから繰り出された、張力が殆ど掛っていない状態で光ファイバ1の伝送損失を測定する。(6)工程(3)にて得られた測定値から工程(5)にて得られた測定値を減算することによって、SPロス増の値を得る。
〔光ファイバの製造方法〕
光ファイバ1は、(1)プリフォームを作成する工程と、(2)プリフォームを溶融線引きすることによって、素線部11を形成する工程を順に実施することにより製造することができる。素線部11を形成する工程では、素線部11の側面を紫外線硬化樹脂でコーティングすることによって、1次被覆層121及び2次被覆層122を形成する。
ここで、プリフォームとは、素線部11の母材となるガラス棒のことを指す。素線部11が、円柱状のコア111と、コア111の側面を覆う円筒状のディプレスド層112と、ディプレスド層112の外側面を覆う円筒状のクラッド層113とにより構成されている場合、プリフォームは、円柱状の高屈折率領域(コア111の母材)と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域(ディプレスド層112の母材)と、高屈折領域の側面を覆う円筒状の中屈折率領域(クラッド層113の母材)とにより構成される。
光ファイバ1がゲルマニウムコアの場合とシリカコアの場合とで、プリフォームを作成する工程の具体的手順が異なる。以下、それぞれの場合について、プリフォームを作成する工程の具体的手順を説明する。
光ファイバ1がゲルマニウムコアの場合、プリフォームは、下記の手順により作成することができる。
手順1:VAD法(Vapor Phase Axial Deposition Method、気相軸付け法)によって、円柱状の高屈折率領域と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域と、により構成されたガラス棒を作成する。具体的には、SiClを火炎加水分解することによってシリカ粒子を生成し、これを種棒の先端に堆積させる(堆積物は、種棒の軸方向に成長する)。この際、内側の火炎にGeClなどのゲルマニウム系ガスを含めることで、ゲルマニウムが添加されたシリカ粒子を堆積させ、外側の火炎にSF、SiF、C、CFなどのフッ素系ガスを含めることで、フッ素が添加されたシリカ粒子を堆積させる。その後、SOClやClなどの塩素系ガスを用いて脱水処理を行った後、得られた堆積物を高温のHe雰囲気下で焼結・ガラス化する。これにより、円柱状の高屈折率領域(ゲルマニウムが添加されたシリカガラスからなる)と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域(フッ素が添加されたシリカガラスからなる)と、により構成されたガラス棒が得られる。なお、以降の工程を実施しやすくするために、得られたガラス棒を溶融延伸により縮径してもよい。
手順2:OVD法(Outside vapor deposition method、気相外付け法)によって、手順1にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う中屈折率領域を付加する。具体的には、SiClを火炎加水分解することによってシリカ粒子を生成し、これを手順1にて作成されたガラス棒の側面に堆積させる(堆積物は、手順1にて作成されたガラス棒の周方向に成長する)。その後、脱水処理を行った後、得られた堆積物を焼結・ガラス化する(脱水処理は、省略してもよい)。これにより、手順1にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う中屈折率領域(無添加のシリカガラスからなる)が付加される。すなわち、円柱状の高屈折率領域と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域と、低屈折領域の外側面を覆う中屈折領域とにより構成されたプリフォームが得られる。
なお、手順2においてOVD法を実施する際に、炉内にフッ素系ガスや塩素系ガスなどを流すことにより、中屈折率領域の屈折率を調整してもよい。また、手順2においてOVD法を実施する代わりに、手順1にて得られたガラス棒にガラス管をジャケットすることより母材を得てもよい。
光ファイバ1がシリカコアの光ファイバである場合、プリフォームは、下記の手順により作成することができる。
手順1:高屈折率領域となるガラス棒をVAD法により作成する。具体的には、SiClを火炎加水分解することによってシリカ粒子を生成し、これを種棒の先端に堆積させる(堆積物は、種棒の軸方向に成長する)。この際、火炎にはゲルマニウム系ガスもフッ素系ガスも含めないことで、添加物を含まないシリカ粒子を堆積させる。その後、SOClやClなどの塩素系ガスを用いて脱水処理を行った後、得られた堆積物を高温のHe雰囲気下で焼結・ガラス化する。これにより、高屈折率領域となるガラス棒が得られる。なお、高屈折率領域には、0.20w%以上2.0w%以下の塩素が含まれることが好ましい。また、以降の工程を実施しやすくするために、完成したガラス棒を溶融延伸により縮径してもよい。
手順2:OVD法によって、手順1にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う低屈折率領域を付加する。具体的には、SiClを火炎加水分解することによってシリカ粒子を生成し、これを手順1にて作成されたガラス棒の側面に堆積させる(堆積物は、手順1にて作成されたガラス棒の周方向に成長する)。その後、脱水処理を行った後、得られた堆積物を高濃度のフッ素系ガスを含むHe雰囲気下で焼結・ガラス化する。脱水処理とガラス化との間にフッ素系ガスを拡散させてもよい。これにより、手順1にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う低屈折率領域(高濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる)が付加される。すなわち、円柱状の高屈折率領域と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域と、により構成されたガラス棒が得られる。なお、以降の工程を実施しやすくするために、完成したガラス棒を溶融延伸により縮径してもよい。
手順3:OVD法によって、手順2にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う中屈折率領域を付加する。具体的には、SiClを火炎加水分解することによってシリカ粒子を生成し、これを手順2にて作成されたガラス棒の側面に堆積させる(堆積物は、手順2にて作成されたガラス棒の周方向に成長する)。その後、脱水処理を行った後、得られた堆積物を低濃度のフッ素系ガスを含むHe雰囲気下で焼結・ガラス化する。脱水処理とガラス化との間にフッ素系ガスを拡散させてもよく、脱水処理を省略してもよい。これにより、手順2にて作成されたガラス棒に、その側面を覆う中屈折率領域(低濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる)が付加される。すなわち、円柱状の高屈折率領域と、高屈折率領域の側面を覆う円筒状の低屈折率領域と、低屈折領域の外側面を覆う中屈折領域とにより構成されたプリフォームが得られる。
なお、手順2においてOVD法を実施する代わりに、手順1にて得られたガラス棒に、高濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなるガラス管をジャケットしてもよい。同様に、手順3においてOVD法を実施する代わりに、手順2にて得られたガラス棒に、低濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなるガラス管をジャケットしてもよい。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、本実施形態においては、図1に示すように、屈折率nがr(光ファイバの中心軸からの距離)の関数として段階的に変化する光ファイバ1について説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明は、図6に示すように、屈折率分布nがrの関数として連続的に変化する光ファイバ1にも適用することができる。この場合、光ファイバ1の構造定数r1、r2、Δ1、Δ2は、以下のように定義することができる。
まず、屈折率nの最大値をnmax、屈折率nの最小値をnmin、屈折率nが最小値nminを取るrよりも外側で取る極小値をnmin’とする。そして、屈折率nが最大値nmaxと最小値nminとの平均値(nmax+nmin)/2を取るrを、コア111の半径r1とする。また、屈折率nが最小値nminと極小値nmin’との平均値(nmin+nmin’)/2を取るrのうち大きい方を、ディプレスド層112の外半径r2とする。さらに、コア111の半径r1の0.8倍以内となる範囲における屈折率nの平均値をコア111の屈折率n1と見做し、極小値nmin’に対する比屈折率差100×(n1−nmin’)/nmin’をΔ1(%を単位とする正の値を取る)とする。また、最小値nminをディプレスド層112の屈折率n2と見做し、極小値nmin’に対する比屈折率差100×(n2−nmin’)/nmin’をΔ2(%を単位とする負の値を取る)とする。
〔まとめ〕
本発明の一態様に係る光ファイバは、コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッド層と、前記コアと前記クラッド層との間に介在する、前記クラッド層よりも屈折率が低いディプレスド層と、を備え、実効コア断面積Aeffが100μm以上、129μm以下であり、前記コアの半径r1が5.2μm以上、7.4μm以下であり、前記コアの屈折率体積Vcoreが8.5%μm以上、16.5%μm以下であり、前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−40%μm以上、0%μm未満である。
上記の構成によれば、マイクロベンド損失を抑えた光ファイバを実現することができる。具体的には、伝搬定数差Δβが8500rad/m以上になる光ファイバを実現することができる。例えば、標準的なテープスロット型ケーブルに収容することによる伝送損失の増加が1550nmにおいて0.01dB/km以下となる光ファイバを実現することができる。
本発明の一態様に係るファイバは、ゲルマニウムコアの光ファイバとして実現されている場合、前記比屈折率差Δ1が0.33%以下である、ことが好ましい。
上記の構成によれば、波長1.55μmにおける損失を0.185dB/km以下に抑えることができる。
なお、上記光ファイバは、シリカコアの光ファイバとして実現されている場合、前記コアの塩素濃度が0.2wt%以上2.0wt%以下であってもよい。
この場合、波長1.55μmにおける損失を0.175dB/km以下に抑えることができる。
また、本発明の一態様に係る光ファイバにおいては、前記実効コア断面積Aeffが100μm以上、110μm以下であり、前記コアの半径r1が5.55μm以上、6.7μm以下であり、前記コアの屈折率体積Vcoreが9.8%μm以上、14%μm以下であり、前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−30%μm以上、0%μm未満である、ことが好ましい。
上記の構成によれば、マイクロベンド損失を更に抑えた光ファイバを実現することができる。具体的には、伝搬定数差Δβが9700rad/m以上になる光ファイバを実現することができる。例えば、標準的なテープスロット型ケーブルに収容することによる伝送損失の増加が1550nmにおいて0.002dB/km以下となる光ファイバを実現することができる。
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記クラッド層の外側面を覆う1次被覆層と、前記1次被覆層の外側面を覆う2次被覆層とを更に備え、前記1次被覆層は、ヤング率が1.0MPa以下の紫外線硬化樹脂により形成された、外径が130μm以上250μm以下の被覆層であり、前記2次被覆層は、ヤング率が500MPa以上の紫外線硬化樹脂により形成された、外径が160μm以上400μm以下の被覆層である、ことが好ましい。
上記の構成によれば、マイクロベンド損失を更に抑えた光ファイバを実現することができる。
なお、コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッド層と、前記コアと前記クラッド層との間に介在する、前記クラッド層よりも屈折率が低いディプレスド層と、を備え、伝搬定数差Δβが所定値Δβ0[rad/m]以上となる光ファイバを製造する製造方法であって、(a)実効コア断面積Aeffが100[μm]以上、(16650[rad/m]−Δβ0[rad/m])/63.2[(rad/m)・(1/μm)]以下となり、(b)前記コアの半径r1が(9329[rad/m]+Δβ0[rad/m])/3429[(rad/m)/μm]以上、(21180[rad/m]−Δβ0[rad/m])/1714[(rad/m)/μm]以下となり、(c)前記コアの屈折率体積Vcoreが(−655[rad/m]+Δβ0[rad/m])/923[(rad/m)/(%μm)]以上、(16420[rad/m]−Δβ0[rad/m])/480[(rad/m)/(%μm)]以下となり、(d)前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが(−13300[rad/m]+Δβ0[rad/m])/120[(rad/m)/(%μm)]以上、0[%μm]未満となるように、前記光ファイバの屈折率分布を決定する工程を含んでもよい。
この場合、マイクロベンド損失を所望のレベル以下に抑えた光ファイバを製造することができる。
1 光ファイバ
11 素線部
111 コア
112 ディプレスド層
113 クラッド層
12 被覆部
121 1次被覆層
122 2次被覆層

Claims (9)

  1. コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッド層と、前記コアと前記クラッド層との間に介在する、前記クラッド層よりも屈折率が低いディプレスド層と、を備え、
    波長1.55μmにおける実効コア断面積Aeffが105.3μm以上、115.3μm以下であり、
    前記コアの半径r1が5.2μm以上、7.4μm以下であり、
    前記コアの屈折率体積Vcoreが8.5%μm以上、16.5%μm以下であり、
    前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−40%μm以上、0%μm未満であり、
    前記クラッド層の屈折率に対するコアの屈折率の比屈折率差Δ1が0.28%以上0.34%以下であり、
    前記クラッド層の屈折率に対する前記ディプレスド層の屈折率の比屈折率差Δ2が−0.07%以上0.00%以下である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 伝搬定数差Δβが8500rad/m以上である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。
  3. 波長1.55μmにおける前記実効コア断面積Aeffが105.3μm以上、110μm以下であり、
    前記コアの半径r1が5.55μm以上、6.7μm以下であり、
    前記コアの屈折率体積Vcoreが9.8%μm以上、14%μm以下であり、
    前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−30%μm以上、0%μm未満であり、
    前記クラッド層の屈折率に対するコアの屈折率の比屈折率差Δ1が0.28%以上0.34%以下であり、
    前記クラッド層の屈折率に対する前記ディプレスド層の屈折率の比屈折率差Δ2が−0.07%以上0.00%以下である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。
  4. 伝搬定数差Δβが9700rad/m以上である、
    ことを特徴とする請求項に記載の光ファイバ。
  5. コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッド層と、前記コアと前記クラッド層との間に介在する、前記クラッド層よりも屈折率が低いディプレスド層と、を備え、
    波長1.55μmにおける実効コア断面積Aeffが105.3μm以上、129μm以下であり、
    前記コアの半径r1が5.2μm以上、7.4μm以下であり、
    前記コアの屈折率体積Vcoreが8.5%μm以上、16.5%μm以下であり、
    前記ディプレスド層の屈折率体積Vdepが−40%μm以上、0%μm未満であり、
    前記クラッド層の屈折率に対するコアの屈折率の比屈折率差Δ1が0.28%以上0.34%以下であり、
    前記クラッド層の屈折率に対する前記ディプレスド層の屈折率の比屈折率差Δ2が−0.07%以上0.00%以下であ
    伝搬定数差Δβが8500rad/m以上である、
    ことを特徴とする光ファイバ。
  6. 当該光ファイバは、ゲルマニウムコアの光ファイバであり、
    前記クラッド層の屈折率に対する前記コアの屈折率の比屈折率差Δ1が0.28%以上0.33%以下である、
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の光ファイバ。
  7. 当該光ファイバは、シリカコアの光ファイバであり、
    前記コアの塩素濃度が0.2wt%以上2.0wt%以下である、
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の光ファイバ。
  8. 波長1.55μmにおける分散が18.8ps/nm/km以上、21.1ps/nm/km以下である、
    ことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の光ファイバ。
  9. 前記クラッド層の外側面を覆う1次被覆層と、前記1次被覆層の外側面を覆う2次被覆層とを更に備え、
    前記1次被覆層は、ヤング率が1.0MPa以下の紫外線硬化樹脂により形成された、外径が130μm以上250μm以下の被覆層であり、
    前記2次被覆層は、ヤング率が500MPa以上の紫外線硬化樹脂により形成された、外径が160μm以上400μm以下の被覆層である、
    ことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の光ファイバ。
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