JP7474391B1

JP7474391B1 - 光ファイバテープ心線の製造方法

Info

Publication number: JP7474391B1
Application number: JP2024504573A
Authority: JP
Inventors: 傑朗永井; 岳彦山本
Original assignee: SWCC Corp
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2023-11-30
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2043-11-30

Abstract

より簡易的な方法で形成されたグレーティングを有する光ファイバテープ心線を提供すること。光ファイバテープ心線は、並列に配置された、複数の単心被覆光ファイバと、単心被覆光ファイバを覆い、隣り合う単心被覆光ファイバを部分的に連結したテープ層とを有する。単心被覆光ファイバは、単心被覆光ファイバの長手方向において、テープ層に一定間隔で形成された複数のひずみ部に基づくグレーティング部を有する。

Description

本発明は、光ファイバテープ心線および光ファイバテープ心線の製造方法に関する。

近年、ＩｏＴ（Internet of Things）の普及や５Ｇの商用サービスの本格化、自動車の自動運転などにより、データトラフィックが飛躍的に増加しており、それを支える高速大容量光ファイバ通信網の整備や構築に関して、需要が高まってきている。その中で、光通信においてより多くの情報を伝送できるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送では光学フィルタが広く利用されている。また、光学フィルタとして光ファイバグレーティングを利用した技術も提案されている(特許文献１参照)。

特許文献１には、グレーティングを有する光ファイバの製造方法が開示されている。特許文献１に記載の光ファイバの製造方法は、光ファイバの被覆に所定の間隔で樹脂を付着させた後、当該樹脂を硬化させている。その後、樹脂が付着した間隔で光ファイバに応力を付与し、コアに対する曲げを固定することで、グレーティングを有する光ファイバを製造している。

特開２０１８－３６３４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバの製造方法では、被覆上に比較的多量の樹脂を付着させるため光ファイバの表面に比較的大きな凸が複数形成されてしまう。よって、特許文献１の光ファイバは、既存のダクト内に多くの光ファイバを収容できないため、高速大容量な光ファイバ通信網に適さない。また、被覆上の樹脂による複数の凸部が他の光ファイバに側圧をかけ影響を与えてしまうおそれもある。さらに、製造工程が複雑であるため製造コストが高くなってしまう。

本発明の目的は、より簡易的な方法で形成されたグレーティングを有する光ファイバテープ心線およびその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、並列に配置された複数の単心被覆光ファイバと前記単心被覆光ファイバを覆い、隣り合う前記単心被覆光ファイバを部分的に連結したテープ層と、有し、
前記単心被覆光ファイバは、前記単心被覆光ファイバの長手方向において、前記テープ層に一定間隔で形成された複数のひずみ部に基づくグレーティング部を有する、
光ファイバテープ心線が提供される。

本発明の他の態様によれば、並列に配置された、複数の単心被覆光ファイバと、前記単心被覆光ファイバを覆い、隣り合う前記単心被覆光ファイバを部分的に連結したテープ層とを有する、テープ状心線を準備する工程と、
前記単心被覆光ファイバの長手方向において、揮発性の液体を含む溶液を一定間隔で滴下するか、または、一定間隔で冷却して、前記テープ層に中心間距離が一定間隔となるように複数のひずみ部を形成することでグレーティングを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、光ファイバテープ心線の製造方法が提供される。

本発明によれば、より簡易的な方法で形成されたグレーティング部を有する光ファイバテープ心線およびその製造方法を提供できる。

図１Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る光ファイバテープ心線を示す図である。図２は、光ファイバテープ心線の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３は、光ファイバテープ心線の製造装置の一例を示す斜視図である。図４は、ひずみ部の中心間距離と、光伝送損失との関係を示すグラフである。図５は、ひずみ部の中心間距離と、光ファイバテープ心線に入射させる光の波長と、光伝送損失との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態の光ファイバテープ心線および光ファイバテープ心線の製造方法について説明する。本明細書では、数値範囲を示す「～」の記載に関し下限値および上限値はその数値範囲に含まれる。

（光ファイバテープ心線の構成）
図１Ａは、光ファイバテープ心線１０の模式的な平面図である。図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ－Ａ線の断面図である。

図１Ａ、Ｂに示されるように、本実施の形態の光ファイバテープ心線１０は、複数の単心被覆光ファイバ（以下、単に「光ファイバ」とも称する）２０と、複数の連結部３０を含むテープ層４０とを有する。

複数の光ファイバ２０は、並列に配置されている。光ファイバ２０の本数は、複数であれば特に限定されない。１つの光ファイバテープ心線１０に含まれる光ファイバ２０の本数は、光ファイバテープ心線１０の用途に応じて適宜選択される。１つの光ファイバテープ心線１０が含む光ファイバ２０の本数は、例えば２～１２本である。
なお、本実施の形態では、１つの光ファイバテープ心線１０には、６本の光ファイバ２０が並列に配置されている。

図１Ｂに示されるように、光ファイバ２０は、光ファイバ素線２１と、１次被覆層２２と、２次被覆層２３とを有する。光ファイバ素線２１と、１次被覆層２２と、２次被覆層２３とは、公知の光ファイバの光ファイバ素線や、第１被覆層、第２被覆層と同様のものを使用できる。光ファイバ２０の第２次被覆層２３上には、さらに着色層が形成されていてもよい。着色層の色は、光ファイバテープ心線１０内で、互いに異なることが好ましい。これにより、１つの光ファイバテープ心線１０内で、複数の光ファイバ２０を識別できる。また、光ファイバ２０は、グレーティング部５０を有する。

テープ層４０は、光ファイバ２０を覆い、隣り合う光ファイバ２０を間欠的に連結している。本実施の形態では、隣り合う光ファイバ２０の間にテープ層４０が配置された領域を連結部３０と称し、隣り合う光ファイバ２０の間にテープ層４０が配置されていない領域を分離部４１と称する。本実施の形態の光ファイバテープ心線１０では、光ファイバテープ心線１０の長手方向において、隣り合う光ファイバ２０の間に連結部３０および分離部４１が交互に配置されている。光ファイバテープ心線１０を短手方向（幅方向）においては、隣り合う分離部４１同士が一部重なるように、各分離部４１が配置されていることが好ましい。

光ファイバテープ心線１０を平面視したときの連結部３０の幅Ｗ、すなわち隣接する光ファイバ２０間の距離は特に制限されず、例えば０ｍｍ超０．０４ｍｍ以下の範囲内である。また、光ファイバテープ心線１０を平面視したときの連結部３０の長さＬも特に制限されないが、例えば１０ｍｍ以上４７ｍｍ以下の範囲内である。さらに、連結部３０の厚みＴも特に制限されないが、例えば０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲内である。連結部３０の幅Ｗ、長さＬ、および厚みＴが当該範囲であると、連結部３０の強度が高くなり、光ファイバテープ心線１０を長手方向に沿って巻いたり、必要に応じて撚ったりしても、連結部３０が裂け難い。一方、光ファイバテープ心線１０を平面視したときの分離部４１の長さＢは特に制限されないが、例えば５０ｍｍ以上１０３ｍｍ以下の範囲内である。分離部４１の長さＬが当該範囲であると、光ファイバテープ心線１０をケーブル内に収容する際に、光ファイバテープ心線１０を長さ方向に沿って巻いたり、撚ったりしやすくなる。

グレーティング部５０は、光ファイバ２０内に形成されている。光ファイバ２０の長手方向におけるグレーティング部５０の位置は、光ファイバ２０の使用用途に応じて適宜設定される。グレーティング部５０は、１本の光ファイバ２０において１箇所に形成されていてもよいし、複数箇所に形成されていてもよい。グレーティング部５０は、光ファイバ２０の長手方向において、光ファイバ２０内に一定間隔で形成された複数のひずみ部５１に基づいて形成される。
具体的には、グレーティング部５０は、光ファイバ２０の最外層（本実施の形態では、テープ層４０）の一部に一定間隔で形成されるひずみ部５１により光ファイバ２０のコアに対して応力が加わることで形成される。好ましくは複数のひずみ部５１はテープ層４０の各部のうち光ファイバ２０の直上の位置に形成される。

「ひずみ部５１」とは、光ファイバ２０のコアに応力を与えられる程度にひずんでいる部位を意味し、ここでは当該ひずみ部５１に隣り合う領域（非ひずみ部）との間で硬さが異なる部位である。

ひずみ部５１の平面視形状は、特に限定されない。ひずみ部５１の平面視形状は、円形でもよいし、多角形でもよいし、その他の形状でもよい。本実施の形態では、複数のひずみ部５１は、略円形状の同一の大きさである。
ひずみ部５１の大きさは、光ファイバ２０の長手方向において隣り合う２つのひずみ部５１が重ならない程度の大きさである。例えば、ひずみ部５１の大きさは、０．２５ｍｍ程度である。

また、ひずみ部５１の表面は、着色されていてもよい。また、本実施の形態では、複数のひずみ部５１は、光ファイバテープ心線１０の一方の面のみに配置されているが、光ファイバテープ心線１０の両方の面に配置されていてもよい。グレーティング部５０の形成方法の詳細については後述する。

光ファイバ２０の長手方向におけるひずみ部５１の中心間距離は、グレーティングの機能を発揮できれば特に限定されない。隣り合う２つのひずみ部５１の中心間距離は、グレーティング部５０を有する光ファイバ２０の使用用途に応じて適宜設定される。ひずみ部５１の中心間距離は、必ずしも一定でなくてもよい。例えば、ひずみ部５１の中心間距離は、各ひずみ部５１の中心間距離がそれらの平均値の±０．０５ｍｍの範囲内であれば、複数のひずみ部５１は一定間隔で形成されているといえる。
なお、ひずみ部５１の平面視形状に基づき、ひずみ部５１の中心が決定できない場合には、ひずみ部５１を平面視したときの重心を使用する。

例えば、複数のひずみ部５１は、光ファイバ２０に入射する光の使用波長がグレーティング部５０による光の減衰波長と重ならないように配置されていてもよい。
かかる場合、光の減衰波長を光通信帯域から意図的に除外した状態で、光の使用波長を光通信帯域に合致させることができる（実施例参照）。

逆に、複数のひずみ部５１は、光ファイバ２０に入射する光の使用波長がグレーティング部５０による光の減衰波長と重なるように配置されていてもよい。かかる場合、光の使用波長と光の減衰波長とを意図的に重ねることができ、ひずみ部５１を形成した光ファイバ２０に光のフィルタリング機能を発揮させることができる（実施例参照）。例えば、ＷＤＭ伝送のように複数の波長の光を光ファイバ２０に入射し、出射側で波長フィルタとして使用する場合には、複数のひずみ部５１は、光ファイバ２０に入射される複数の光の使用波長のうち不要となる光の波長（減衰させたい光の波長）がグレーティング部５０による光の減衰波長となるように形成されている。これにより、減衰させたい光の波長を遮断できるため、グレーティング部５０を透過する光をフィルタリングすることができる。

なお、複数のひずみ部５１は、光ファイバテープ心線１０を構成する光ファイバ２０のうち、すべての光ファイバ２０に対し形成されてもよいし（図１参照）、１本の光ファイバ２０に対してのみ形成されてもよいし、その間の本数（図１の例では、２～５本のいずれか）の光ファイバ２０に対し形成されてもよい。各光ファイバ２０におけるひずみ部５１の数も光ファイバ２０同士で同じであってもよいし（図１参照）、光ファイバ２０ごとに異なってもよい。

（光ファイバテープ心線の製造方法）
次に、光ファイバテープ心線１０の製造方法について説明する。図２は、光ファイバテープ心線１０の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３は、光ファイバテープ心線１０を製造するための製造装置１００の一例を示す斜視図である。
なお、ここでは、揮発性の液体を含む溶液を一定間隔で滴下して形成したひずみ部５１に基づいて、グレーティング部５０を形成する方法を例にして説明する。

図２に示されるように、本実施の形態の光ファイバテープ心線１０の製造方法は、テープ状心線１６０を準備する工程（Ｓ１１０）と、グレーティング部５０を形成する工程（Ｓ１２０）とを含む。

テープ状心線１６０を準備する工程（Ｓ１１０）では、上述の光ファイバ２０を有するテープ状心線１６０を準備する。テープ状心線１６０は、いずれの方法で製造されたテープ状心線１６０であってもよく、例えば図３に示す製造装置１００を使用して、テープ状心線１６０を準備してもよい。
具体的には、複数本の光ファイバ２０を搬送方向Ａに搬送しながら、複数本の光ファイバ２０に対しテープダイス１２０で未硬化の光硬化型樹脂をテープ状に塗布し、テープ層４０を形成する。その後、当該テープ層４０に対し分離ダイス１３０の分離ニードル１３２、１３４、１３６を昇降させ、テープ層４０の一部を除去し、上述の分離部４１（および連結部３０）を形成する。併せて、樹脂吸引装置１３８によって、分離ニードル１３２、１３４、１３６の下降により堰き止められた余分な光硬化型樹脂を吸引する。
次いで、テープ層４０に対し光照射装置１４０で光を照射し未硬化の光硬化型樹脂を半硬化させ、最終的に光照射装置１５０でさらに光を照射し半硬化の光硬化型樹脂を完全硬化させる。なお、上流側の光照射装置１４０と下流側の光照射装置１５０とでは、上流側の光照射装置１４０の積算照射量が少なく、下流側の光照射装置１５０の積算照射量が多くなるように、それぞれの積算照射量が調整される。

グレーティング部を形成する工程（Ｓ１２０）では、例えば図３に示されるように、テープ状心線１６０を準備する工程（Ｓ１１０）によって製造されたテープ状心線１６０を、上述の製造装置１００によって、さらに長さ方向（図中、Ａで示す方向）に搬送する。そして、光ファイバ２０の所定の領域に光ファイバ２０の長手方向において、光ファイバ２０の最外層を部分的に冷却する。光ファイバ２０の最外層を部分的に冷却する方法は、特に限定されない。
光ファイバ２０の最外層を部分的に冷却する方法の例には、揮発性の液体を含む溶液を一定間隔で滴下する方法、所定の方法で一定間隔に冷却する方法が含まれる。本実施の形態では、ひずみ形成装置１７０から揮発性の液体を含む溶液を一定間隔で滴下している。その後、溶液の揮発性の液体を気化させる。ひずみ形成装置１７０は、例えばインクジェット方式の液滴吐出装置である。揮発性の液体の例には、メチルエチルケトン、エタノールなどが含まれる。また、揮発性の液体を含む溶液には、染料や顔料などを含んでいてもよい。このとき、揮発性の液体が気化するときに生じる気化熱により、光ファイバ２０の最外層が冷却されて縮む（ひずむ）。このとき、光ファイバ２０の最外層の温度は、例えば３７．３℃以上の範囲内であり、好ましくは５０℃以上の範囲内であり、揮発性の液体の種類に応じて下限値を調整すればよい。これにより、光ファイバ２０にひずみ部５１が形成される。このように、光ファイバ２０に形成されたひずみ部５１に基づいて、光ファイバ２０のコアに応力が加わりグレーティング部５０が形成される。

なお、一定間隔で冷却する場合には、ひずみ形成装置は、光ファイバ２０を部分的に冷却する装置が使用される。この場合には、光ファイバ２０の最外層が冷却されて縮む（ひずむ）。これにより、光ファイバ２０に形成されたひずみ部５１に基づいて、光ファイバ２０のコアに応力が加わりグレーティング部５０が形成される。なお、光ファイバ２０を部分的に冷却する装置では、例えば液体窒素により光ファイバ２０を部分的に冷却してもよい。

また、グレーティング部を形成する工程では、光ファイバ２０に入射される光の使用波長がグレーティング部５０による光の減衰波長と重ならないように、揮発性の液体を含む溶液を滴下するか、または、冷却することで、ひずみ部５１に基づくグレーティング部５０を成形してもよい。

なお、上記説明では、テープ状心線を準備する工程（Ｓ１１０）で使用する装置と、グレーティング部を形成する工程（Ｓ１２０）で使用する装置とが一体である場合を例に示したが、これらは別々のライン上に配置されていてもよい。

（効果）
以上のように、本発明によれば、光ファイバ２０を部分的に冷却することによるひずみ部５１によりグレーティング部５０が形成されるため、簡易的な方法で形成されたグレーティング部５０を有する光ファイバテープ心線１０を得られる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態を変更できる。

（１）サンプルの作製
外径１２５μｍの石英ガラス系ＳＭ光ファイバ上に、ウレタンアクリレート系光硬化型樹脂からなる１次被覆、およびウレタンアクリレート系光硬化型樹脂からなる２次被覆を施した外径２５０μｍの単心被覆光ファイバを準備した。その後、単心被覆光ファイバを１２本整列させながら、ウレタンアクリレート系光硬化型樹脂を塗布してテープ層を形成し、連結部および分離部を形成してテープ状心線を得た。

さらに、テープ状心線の１２本の光ファイバに対し、これら光ファイバに重複するように揮発性の液体を含む溶液を所定の間隔で滴下し、乾燥させることで冷却し、複数のひずみ部に基づくグレーティング部を形成して光ファイバテープ心線とした。ひずみ部の形状は略円形であり、大きさは、０．２５ｍｍ程度であった。

（２）波長１３１０ｎｍの光伝送損失の測定
波長１３１０ｎｍの光伝送損失を測定した。作製した光ファイバテープ心線を３０００ｍ程度準備してボビンに巻き付け（高密度で収容または実装したことを想定している。）、この状態で各光ファイバについて、波長１３１０ｎｍの光の伝送損失をＩＥＣ６０７９３－１－４０に準拠して測定した。
ひずみ部の中心間距離と、光伝送損失との関係を図４に示す。図４は、ひずみ部の中心間距離と、光伝送損失との関係を示すグラフである。図４の横軸は、ひずみ部の中心間距離（ｍｍ）を示しており、縦軸は、１ｋｍ当たりの光伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を示している。ひずみ部の中心間距離は、０．４３ｍｍ、０．６５ｍｍ、０．８６ｍｍまたは１．２９ｍｍとした（ひずみ部の中心間距離の最小値を０．４３ｍｍとしたのはひずみ形成装置の製造上の下限だからであり、その１．５倍、２倍、３倍でその他の中心間距離を設定した）。
図４に示されるように、ひずみ部の中心間距離が０．６５ｍｍの場合に波長が１３１０ｎｍの光の光伝送損失を抑制できることが分かる。

図４により、揮発性の液体を含む溶液を所定の間隔で滴下して冷却することで、複数のひずみ部に基づくグレーティング部を形成できることが分かる。

次いで、ひずみ部の中心間距離と、光ファイバテープ心線に入射させる光の波長と、光伝送損失との関係について調べた。図５は、光ファイバテープ心線の製造後２４時間後のひずみ部の中心間距離と、光ファイバテープ心線に入射させる光の波長と、１ｋｍ当たりの光伝送損失との関係を示している。図５の横軸の上段は、ひずみ部の中心間距離（ｍｍ）を示しており、下段は、光ファイバテープ心線に入射させる光の波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、１ｋｍ当たりの光伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を示している。減衰波長は、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）で測定した。

図５に示されるように、入射させる光の波長が短い場合（１３１０ｎｍ、１３８３ｎｍ）、ひずみ部の中心間距離が０．５２ｍｍ以上では、光伝送損失が小さかった。一方、ひずみ部の中心間距離が０．４３ｍｍの場合、光伝送損失が大きかった。また、図５に示されるように、入射させる光の波長が長い場合（１５５０ｎｍ、１６２５ｎｍ）、ひずみ部の中心間距離が０．６５ｍｍ以上または０．４３ｍｍ未満では、光伝送損失が小さかった。一方、ひずみ部の中心間距離が０．５２ｍｍの場合、光伝送損失が大きかった。
このように、ひずみ部の中心間距離を制御することで、減衰波長を調整できることが分かる。

本発明により得られた光ファイバテープ心線は、例えば、高速大容量光ファイバ通信網に使用される光ファイバなどに有用である。

１０光ファイバテープ心線
２０単心被覆光ファイバ
２１光ファイバ素線
２２第１次被覆層
２３第２次被覆層
３０連結部
４０テープ層
４１分離部
５０グレーティング部
５１ひずみ部
１００製造装置
１２０テープダイス
１３０分離ダイス
１３２、１３４、１３６分離ニードル
１３８樹脂吸引装置
１４０（上流側の）光照射装置
１５０（下流側の）光照射装置
１６０テープ状心線
１７０ひずみ形成装置

Claims

並列に配置された、複数の単心被覆光ファイバと、前記単心被覆光ファイバを覆い、隣り合う前記単心被覆光ファイバを部分的に連結したテープ層とを有する、テープ状心線を準備する工程と、
前記単心被覆光ファイバの長手方向において、揮発性の液体を含む溶液を一定間隔で滴下するか、または、一定間隔で冷却して、前記テープ層に中心間距離が一定間隔となるように複数のひずみ部を形成することでグレーティングを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、光ファイバテープ心線の製造方法。
請求項１に記載の光ファイバテープ心線の製造方法において、
前記グレーティング部を形成する工程では、前記単心被覆光ファイバに入射される光の使用波長が前記グレーティング部による光の減衰波長と重ならないように、揮発性の液体を含む溶液を滴下するか、または、冷却することを特徴とする、
光ファイバテープ心線の製造方法。
請求項１に記載の光ファイバテープ心線の製造方法において、
前記グレーティング部を形成する工程では、前記単心被覆光ファイバに入射される光の使用波長が前記グレーティング部による光の減衰波長と重なるように、揮発性の液体を含む溶液を滴下するか、または、冷却することを特徴とする、
光ファイバテープ心線の製造方法。
請求項１～３のいずれか一項に記載の光ファイバテープ心線の製造方法において、
前記複数のひずみ部を、前記単心被覆光ファイバに重複するように形成することを特徴とする、
光ファイバテープ心線の製造方法。