JP6911307B2 - 光ファイバおよび光ファイバ心線 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバおよび光ファイバ心線に関する。
長距離通信の光伝送路として用いられる光ファイバにおいては、伝送損失の低減が一層求められる。光ファイバの伝送損失の要因としては、吸収損失、散乱損失、構造不正による損失および外的な損失が知られるが、特に通信波長帯（１．３μｍ近辺、及び１．５μｍ近辺）においては、レイリー散乱損失が主要な要因である。
また、シリカガラスからなる光ファイバにおいては、全反射による光の伝搬を実現するために、コアとクラッドの屈折率が適切に設計され、この屈折率の制御は、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＣｌ（塩素）、Ｆ（フッ素）といった添加物を添加することにより行われる。
例えば、特許文献１には、センターコア第１層の外周に、センターコア第２層が形成され、さらにその外周にクラッド層が形成された、低非線形単一モード光ファイバが開示されている。該光ファイバは、前記各層の平均屈折率をｎ１、ｎ２、ｎ０とするとき、ｎ１＞ｎ２、ｎ２≦ｎ０、かつ、ｎ１＞ｎ０の関係にあり、また、Ｇｅ等を添加して、所望の比屈折率差を得つつ、ガラス欠陥の発生を抑制し、水素による損失の増加を起こさせないものである。
また、特許文献２には、コア領域の外周に、クラッド領域が形成された光ファイバが開示されている。該光ファイバは、前記コア領域の平均粘性と、前記コア領域および前記クラッド領域を合わせた全体平均粘性との粘性比が２．５以下であるとともに、レイリー散乱損失が所定の基準値の９５％以下であり、該所定の基準値Ａ0（ｄＢ／ｋｍ・μｍ4）は、Ａ0＝０．８５＋０．２９＊［Ｇｅ］（純ＳｉＯ2に対する非屈折率差を％で表した前記コア領域へのＧｅの添加量）と表されるものである。
そして、特許文献３には、中心コア部の外周に、外側コア層が形成され、さらにその外周にクラッド層が形成された光ファイバが開示されている。該光ファイバは、前記中心コア部にＧｅが添加され、前記外側コア層にＦが添加され、前記クラッド層は純シリカガラスからなり、また、前記クラッド層に対する前記中心コア部の比屈折率差をΔ１とし、前記クラッド層に対する前記外側コア層の比屈折率差Δ２とするとき、Δ１＝０．３０〜０．３５％であり、Δ２＝−０．１〜−０．０４％であり、Δ１：Δ２＝２．５〜７．５：１であるものである。
特許文献１に記載の光ファイバは、長期信頼性の観点から、低非線形光ファイバにおける、ガラス欠陥と水素の結合による伝送損失の増加を生じさせず、耐水素特性を改善するものであるが、レイリー散乱損失の低減には十分ではない。
また、特許文献２に記載の光ファイバは、コアとクラッドの粘性差を調整して、コアへの応力集中を緩和するものであるが、Ｇｅを添加したコアでは、コア部は圧縮応力となっていることから、コア部の残留応力を小さくしたとしても伝送損失の削減効果は小さく、レイリー散乱損失の低減には十分ではない。
そして、特許文献３に記載の光ファイバは、外的な損失である曲げ損失を改善するものであり、レイリー散乱損失の低減には十分ではない。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、レイリー散乱損失の低減が図られた低伝送損失の光ファイバおよび光ファイバ心線を提供することをその目的とする。
本発明の一態様に係る光ファイバは、ガラス部とガラス部を覆う被覆部とからなり、ガラス部がＧｅを含む中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成される光学クラッド層と、前記光学クラッド層の外周に形成されるジャケット層とを備えたシリカガラスからなる光ファイバであって、純シリカガラスに対する前記中心コア部の比屈折率差をΔ１、純シリカガラスに対する前記光学クラッド層の比屈折率差をΔ２、純シリカガラスに対する前記ジャケット層の比屈折率差をΔ３とした場合に、Δ１＞Δ３≧Δ２となる関係を持ち、ガラス部の外径の長さ方向の平均値が１２５±０．５μｍの範囲であり、かつ、該外径の長さ方向の標準偏差として、長さ１０ｋｍについて１ｍ間隔で前記ガラス部の外径を測定したときの標準偏差をσとしたときに、３σが０．１μｍ〜０．５μｍである光ファイバである。
上記によれば、レイリー散乱損失の低減が図られた低伝送損失の光ファイバおよび光ファイバ心線を提供することが可能となる。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバは、（１）ガラス部とガラス部を覆う被覆部とからなり、ガラス部がＧｅを含む中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成される光学クラッド層と、前記光学クラッド層の外周に形成されるジャケット層とを備えたシリカガラスからなる光ファイバであって、純シリカガラスに対する前記中心コア部の比屈折率差をΔ１、純シリカガラスに対する前記光学クラッド層の比屈折率差をΔ２、純シリカガラスに対する前記ジャケット層の比屈折率差をΔ３とした場合に、Δ１＞Δ３≧Δ２となる関係を持ち、ガラス部の外径の長さ方向の平均値が１２５±０．５μｍの範囲であり、かつ、該外径の長さ方向の標準偏差として、長さ１０ｋｍについて１ｍ間隔で前記ガラス部の外径を測定したときの標準偏差をσとしたときに、３σが０．１μｍ〜０．５μｍである。ガラス部の外径変動のばらつきを一定の範囲内とすることで、レイリー散乱損失が低減され、かつ、ガラス部の外径が国際規格の要件を満たす低損失の光ファイバとなる。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバは、（１）ガラス部とガラス部を覆う被覆部とからなり、ガラス部がＧｅを含む中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成される光学クラッド層と、前記光学クラッド層の外周に形成されるジャケット層とを備えたシリカガラスからなる光ファイバであって、純シリカガラスに対する前記中心コア部の比屈折率差をΔ１、純シリカガラスに対する前記光学クラッド層の比屈折率差をΔ２、純シリカガラスに対する前記ジャケット層の比屈折率差をΔ３とした場合に、Δ１＞Δ３≧Δ２となる関係を持ち、ガラス部の外径の長さ方向の平均値が１２５±０．５μｍの範囲であり、かつ、該外径の長さ方向の標準偏差として、長さ１０ｋｍについて１ｍ間隔で前記ガラス部の外径を測定したときの標準偏差をσとしたときに、３σが０．１μｍ〜０．５μｍである。ガラス部の外径変動のばらつきを一定の範囲内とすることで、レイリー散乱損失が低減され、かつ、ガラス部の外径が国際規格の要件を満たす低損失の光ファイバとなる。
（２）前記中心コア部の比屈折率差Δ１は０．１５％〜０．３５％であり、前記光学クラッド層の比屈折率差Δ２は−０．１５％〜０．００％であることが好ましい。これは、ジャケット層３０が純シリカガラスであるか、Ｃｌ以外のドーパントを含まないシリカガラスである場合に好適な比屈折率差であり、また、特にΔ２の下限値である−０．１５％は、クラッド層２０にＣＦ4（四フッ化炭素）を添加する場合の実現可能な限界値に基づくものである。
（３）前記ジャケット層の比屈折率差Δ３は−０．０５％〜０．０５％であることが好ましい。これは、ジャケット層３０がフッ素以外のドーパントを含まない場合に好適な比屈折率差である。
（４）ガラス部の仮想温度は１６２０℃以下であることが好ましい。構造緩和が促進されたことで、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減されたことを示すものである。
（５）また、本発明の一態様に係る光ファイバ心線は、上述の（１）〜（４）に記載の光ファイバを含み、前記被覆部が２層の保護被覆層からなり、前記被覆部の外周に識別のための着色層を備えた光ファイバ心線であって、着色層の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下である。被覆厚を薄くして着色層の外径を２００μｍ程度とした光ファイバ心線では、着色層の外径が２５０μｍ程度の従来の光ファイバ心線と比較して、マイクロベンドロスが高くなるが、本発明の一態様に係る光ファイバでは低レイリー散乱損失を実現しているため、全体的な伝送損失は従来の光ファイバ心線と同等となり、実使用に耐え、また、同一ケーブル内により多くの光ファイバ心線を入れることが可能となる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる光ファイバおよび光ファイバ心線の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態にかかる光ファイバおよび光ファイバ心線の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１は、本発明の実施形態にかかる光ファイバについて、その断面構造を模式的に示す図である。この光ファイバは、ガラス部と被覆部とを含む。ガラス部はＳｉＯ2（シリカガラス）からなるものであって、中心コア部１０と、中心コア部１０の外周に形成された光学クラッド層２０と、光学クラッド層２０の外周に形成されたジャケット層３０から構成される。この中心コア部１０には、屈折率を制御する添加物として、Ｇｅが所定量添加されている。図１では被覆部は省略されている。
図２は、本発明の実施形態にかかる光ファイバ心線について、その断面構造を模式的に示す図である。この光ファイバ心線は、図１に示した光ファイバの周囲に識別のための着色層６０を備えたものである。なお、光ファイバの被覆部は２層の保護被覆層４０，５０からなっている。
図３は、図１に示した光ファイバのガラス部の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。縦軸に示した比屈折率差は、純ＳｉＯ2の屈折率を基準とし、純ＳｉＯ2に対する屈折率差を％で表して定義される。この光ファイバは、中心コア部１０の比屈折率差をΔ１、光学クラッド層２０の比屈折率差をΔ２、ジャケット層３０の比屈折率差をΔ３とするとき、Δ１＞Δ３≧Δ２となる関係を有している。
図４は、ガラス部の外径変動のばらつきと所定波長（１．３１μｍ）における伝送損失の関係を示す図である。ここで、光ファイバの波長λにおける伝送損失α（ｄＢ／ｋｍ）は、一般に次の式
α（λ）＝Ａ／λ4＋Ｂ＋Ｃ（λ）
によって表される。この式の第１項であるＡ／λ4（ｄＢ／ｋｍ）は、レイリー散乱損失を示しており、光ファイバ中の密度ゆらぎによって生じるものである。この第１項の係数Ａ（以下、Ａ値という）は、レイリー散乱損失係数（ｄＢ／ｋｍ・μｍ4）である。損失の主要因であるレイリー散乱損失はＡ値に比例し、このＡ値を下げることで光ファイバの伝送損失が全体的に低減される。なお、この式の第２項であるＢは、光ファイバの構造不整に依る損失を示すもので、波長λには無依存の成分である。また、この式の第３項であるＣ（λ）は、ＯＨ吸収や長波長側での赤外吸収といったその他の損失を示すものである。
α（λ）＝Ａ／λ4＋Ｂ＋Ｃ（λ）
によって表される。この式の第１項であるＡ／λ4（ｄＢ／ｋｍ）は、レイリー散乱損失を示しており、光ファイバ中の密度ゆらぎによって生じるものである。この第１項の係数Ａ（以下、Ａ値という）は、レイリー散乱損失係数（ｄＢ／ｋｍ・μｍ4）である。損失の主要因であるレイリー散乱損失はＡ値に比例し、このＡ値を下げることで光ファイバの伝送損失が全体的に低減される。なお、この式の第２項であるＢは、光ファイバの構造不整に依る損失を示すもので、波長λには無依存の成分である。また、この式の第３項であるＣ（λ）は、ＯＨ吸収や長波長側での赤外吸収といったその他の損失を示すものである。
図４の縦軸は、ファイバ長１０，０００ｋｍについての測定の結果、α（１．３１）すなわち波長１．３１μｍ（１３１０ｎｍ）の伝送損失が該波長における低伝送損失ファイバの指標とされる０．３２ｄＢ／ｋｍ以下となったファイバ長の割合として定義される。ここで、該割合の９０％の位置に水平に引かれた破線は、光ファイバの量産可能条件としての合格基準である９０％以上を示すものである。
一方、図４の横軸は、ファイバ長１０ｋｍについて１ｍ間隔でガラス部の外径を測定したときの標準偏差をσと定義するとき、ガラス部の外径変動のばらつきとしての３σを示すものである。ここで、３σが０．１μｍ〜０．５μｍとなる範囲が、２本の垂直に引かれた破線およびその間の矢印によって示されている。
すなわち、上記３σの範囲の下限である０．１μｍは、α（１．３１）≦０．３２ｄＢ／ｋｍとなる割合が９０％以上となる範囲の下限として設定されるものである。
また、上記範囲の上限である０．５μｍは、α（１．３１）≦０．３２ｄＢ／ｋｍとなる割合が９０％以上となる範囲であり、かつ、通信に関する国際規格（ＩＴＵ−Ｔ）により、ガラス部の外径の平均値が１２５±１μｍと定められていることから、該平均値を１２５±０．５μｍと設定するとき、該国際規格の要件をほぼ確実に（９９％以上）満たすよう設定されるものである。
ここで、光ファイバの製造時の線引工程において、光ファイバを高温状態から、ゆっくりと冷やして、構造緩和を促進させ光ファイバを構成するガラスを低温の熱平衡状態に近づけるほど、ガラス構造の無秩序性（密度ゆらぎ）は小さくなるが、ガラス部の外径変動は大きくなってしまう。上記の通り、レイリー散乱損失は光ファイバ中の密度ゆらぎによって生じるものであり、Ａ値が小さいほど、ガラス部の外径変動が大きくなる。
以上より、Ｇｅをコアに添加した光ファイバにおいて、３σ（σはガラス部の外径の長さ方向の標準偏差）が０．１μｍ〜０．５μｍであれば、波長１３１０ｎｍでの伝送損失が０．３２ｄＢ／ｋｍ以下で、かつ、ガラス部の外径が国際規格の要件を満たす低伝送損失の光ファイバとなる。
また、Ｇｅをコアに添加した光ファイバにおいてジャケット層３０が純シリカガラスであるか、Ｃｌ以外のドーパントを含まないシリカガラスである場合は、Δ１が０．１５％〜０．３５％であり、Δ２が−０．１５％〜０．００％であることが好ましい。Δ２の下限値である−０．１５％は、ＣＦ4（四フッ化炭素）をクラッド層２０に添加することで実現できる限界値に基づいて設定されたものである。
そして、Ｇｅをコアに添加した光ファイバにおいて、ジャケット層３０がフッ素以外のドーパントを含まないシリカガラスである場合は、Δ３が−０．０５％〜０．０５％であることが好ましい。
さらに、Ｇｅをコアに添加した光ファイバにおいて、仮想温度が１６２０℃以下であることが好ましい。
ここで、仮想温度とは、ガラス中に凍結した構造が何度の過冷却液体の構造に対応するかを示したものであり、ガラス中の構造緩和がどの程度進んでいるかを示す指標となるものである。つまり、ガラス構造の均一さを表し、仮想温度が高いほど密度ゆらぎは大きい。
図５は、ガラス部の外径変動のばらつきと所定波長（１．５５μｍ）における伝送損失の関係を示す図である。図５の縦軸、横軸等の詳細な説明は、上記した図４についての説明と重複するので省略する。上記の通り、Ａ値の低減は全波長に影響するので、α（１．５５）すなわち波長１．５５μｍ（１５５０ｎｍ）においても、３σが０．１以上０．５以下であれば、伝送損失が該波長における低伝送損失ファイバの指標とされる０．１８４ｄＢ／ｋｍ以下で、かつ、ガラス部の外径が国際規格の要件を満たす低伝送損失の光ファイバとなる。
また、Ｇｅをコアに添加したガラス部の周囲に２層の紫外線硬化型の保護被覆層４０，５０をコーティングし、さらに保護被覆層４０，５０の外周に識別のための着色層６０を備えた光ファイバ心線において、着色層の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下であることが好ましい。被覆厚を薄くして外径を２００μｍ程度とした光ファイバ心線では、着色層の外径が２５０μｍ程度の従来の光ファイバ心線と比較して、マイクロベンドロスが高くなるが、本発明の実施形態に係る光ファイバでは低レイリー散乱損失を実現しているため、全体的な伝送損失は従来の光ファイバ心線と同等となり、実使用に耐え、また、同一ケーブル内により多くの光ファイバ心線を入れることが可能となる。
上記のように、本発明の実施形態によれば、中心コア部にＧｅを添加し、前記中心コア部の外周に光学クラッド層を、さらに前記光学クラッド層の外周にジャケット層を形成したシリカガラスからなる光ファイバにおいて、純シリカガラスに対する前記中心コア部、前記光学クラッド層および前記ジャケット層の各比屈折率差を所定の関係に持ちつつ、ガラス部の外径の変動のばらつきを一定の範囲内とすることで、レイリー散乱損失の低減が図られた低伝送損失の光ファイバおよび光ファイバ心線を提供することが可能となる。
１…光ファイバ、２…光ファイバ心線、１０…中心コア部、２０…光学クラッド層、３０…ジャケット層、４０…保護被覆層、５０…保護被覆層、６０…着色層。
Claims (5)
- ガラス部と前記ガラス部を覆う被覆部とからなり、前記ガラス部がＧｅを含む中心コア部と、前記中心コア部の外周に形成される光学クラッド層と、前記光学クラッド層の外周に形成されるジャケット層とを備えたシリカガラスからなる光ファイバであって、
純シリカガラスに対する前記中心コア部の比屈折率差をΔ１、純シリカガラスに対する前記光学クラッド層の比屈折率差をΔ２、純シリカガラスに対する前記ジャケット層の比屈折率差をΔ３とした場合に、Δ１＞Δ３≧Δ２となる関係を持ち、
前記ガラス部の外径の長さ方向の平均値が１２５±０．５μｍの範囲であり、かつ、前記外径の長さ方向の標準偏差として、長さ１０ｋｍについて１ｍ間隔で前記ガラス部の外径を測定したときの標準偏差をσとしたときに、３σが０．１μｍ〜０．５μｍである光ファイバ。 - 前記中心コア部の比屈折率差Δ１が０．１５％〜０．３５％であり、前記光学クラッド層の比屈折率差Δ２が−０．１５％〜０．００％である請求項１に記載の光ファイバ。
- 前記ジャケット層の比屈折率差Δ３が−０．０５％〜０．０５％である請求項１または２に記載の光ファイバ。
- 前記ガラス部の仮想温度が１６２０℃以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバを含み、前記被覆部が２層の保護被覆層からなり、前記被覆部の外周に識別のための着色層を備えた光ファイバ心線であって、
前記着色層の外径が１８０μｍ以上２１０μｍ以下である光ファイバ心線。
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