JP7845472B2 - 光ファイバケーブル - Google Patents

Description

本開示は、光ファイバケーブルに関する。

近年、光ファイバ通信システムでは、伝送容量拡大のため、１つのコアに複数のモードを伝搬可能とした光ファイバ（以下、ＦＭＦ（Ｆｅｗ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）と称する。）を用いて、各モードに異なる情報を伝送可能とする技術が研究されている（非特許文献１）。

ＦＭＦを伝搬する各モードは、一部のモードの組み合わせを除いて伝搬定数が異なるため、伝送時の遅延時間が異なる。また、ＦＭＦの各モードを伝搬した信号は受信部において混合されるため、Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ（以下、ＭＩＭＯ）技術を用いて混合した信号を独立に復元する必要がある（非特許文献２）。各モードの伝送時の遅延時間が異なる場合は、最も遅延時間の小さいモードと最も遅延時間の大きいモードの混合信号をデジタル・シグナル・プロセッサ（以下、ＤＳＰ）を用いて復元する。デジタル・シグナル・プロセッサの回路規模はモード間の遅延時間の差が大きいほど大きくなるため、遅延時間の差は小さいことが望ましい。

遅延時間の差を小さくする方法として、長周期光ファイバグレーティング（以下、ＬＰＧ）が存在する（非特許文献３）。ＬＰＧは光ファイバに周期的な側圧を加えることであり、側圧により光ファイバコアの屈折率を周期的に変化させ、モード間の結合を促進することが可能である。特に、光ファイバケーブルの全長に亘ってＬＰＧを適用する場合、ケーブルの内部に周期的な側圧を加えるためのモード結合部を具備させる方法がある（特許文献２）。この文献の実施形態５に、ノンスロット構造における実施形態例が記載されている。その実施形態例では、ケーブルの内部に凹凸を付与したシートを、実装されたすべての光ファイバに満遍なく触れるように内蔵している。

特許第４７７４３３７号（ＮＴＴ） 特開２０１８－３６３３９（ＮＴＴ， 特許６５８１５５４）

Ｄ． Ｓｏｍａ ｅｔ ａｌ．， "１０．１６ Ｐｅｔａ－ｂｉｔ／ｓ Ｄｅｎｓｅ ＳＤＭ／ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｌｏｗ－ＤＭＤ ６－Ｍｏｄｅ １９－Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｒｅ Ａｃｒｏｓｓ Ｃ＋Ｌ Ｂａｎｄ，" ２０１７ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ）， ２０１７， ｐｐ． １－３， ｄｏｉ： １０．１１０９／ＥＣＯＣ．２０１７．８３４６０８２． Ｐ． Ｊ． Ｗｉｎｚｅｒ， Ｈ． Ｃｈｅｎ， Ｒ． Ｒｙｆ， Ｋ． Ｇｕａｎ ａｎｄ Ｓ． Ｒａｎｄｅｌ， "Ｍｏｄｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ， ｇａｉｎ， ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ＭＩＭＯ－ＳＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ，" ２０１４ Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ）， ２０１４， ｐｐ． １－３， ｄｏｉ： １０．１１０９／ＥＣＯＣ．２０１４．６９６３８８８． Ｈ． Ｌｉｕ， Ｈ． Ｗｅｎ， Ｒ． Ａｍｅｚｃｕａ－Ｃｏｒｒｅａ， Ｐ． Ｓｉｌｌａｒｄ ａｎｄ Ｇ． Ｌｉ， "Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｇｒｏｕｐ ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ ｉｎ ａ ９－ＬＰ ｍｏｄｅ ＦＭＦ ｕｓｉｎｇ ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｏｎｇ－ｐｅｒｉｏｄ ｇｒａｔｉｎｇｓ，" ２０１７ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ （ＯＦＣ）， ２０１７， ｐｐ． １－３．

しかしながら、特許文献２に記載の構造では、特に多数の光ファイバケーブルを実装した場合に、すべての光ファイバに触れるようにするためシートを幅広にしなければならない。そのうえ、すべての光ファイバに触れるように収納するため、ケーブル内の光ファイバを接続する場合、光ファイバは前記シートに覆われ、光ファイバの取り出し作業性を大きく損なうという問題があった。したがって、全長に亘ってＬＰＧを適用し、かつ、良好な光ファイバの取り出し作業を可能な光ファイバケーブルが求められていた。

本開示は、光ファイバの取り出し作業を阻害させずに、光ファイバの全長に亘ってＬＰＧを適用可能にすることを目的とする。

本開示の光ファイバケーブルは、
少なくとも２つ以上のモードを伝搬する光ファイバを、少なくとも１本以上集合した光ファイバケーブルであって、
少なくとも１本の光ファイバに当接する線状材料を具備し、
前記線状材料の太さが、前記線状材料の長手方向に対して周期的に変化する。

前記線状材料は、少なくとも２本の線状材料をより合わせて一体とすることで形成されていてもよい。この場合、前記少なくとも２本の線状材料の太さは、長手方向に一定であってもよい。さらに、前記少なくとも２本の線状材料のうち少なくとも１本の線状材料に張力が加えられており、かつ、１本の線状材料に加えられた張力が他の線状材料よりも大きくてもよい。

前記光ファイバの位置が、光ファイバケーブルの長手方向でランダムに変化してもよい。また、前記線状材料は、前記光ファイバを少なくとも１本以上束ねるバンドルテープとして機能してもよい。また、前記線状材料はヤーンを用いて構成されていてもよい。例えば、前記線状材料が吸水性を有していてもよい。

なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。

本開示によって、ＬＰＧを全長に亘って適用しながら、細径構造を維持できる光ファイバケーブルを実現可能となる。このため、本開示の光ファイバケーブルは、光ファイバの取り出し作業を阻害させずに、光ファイバの全長に亘ってＬＰＧを適用可能にすることができる。

実施形態例１に係る光ファイバケーブルの構成の一例であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。 線状材料の形状の一例であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。 バンドルテープを用いた本開示の線状材料の一例を示す。 実施形態例２に係る光ファイバケーブルの構成の一例であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。 実施形態例３に係る光ファイバケーブルの構成の一例であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態例１）
図１に本開示の第一の実施形態を示す。少なくとも２つ以上のモードを伝搬する光ファイバ９１を具備し、少なくとも１本の光ファイバ９１を集合した光ファイバユニット９２と、光ファイバユニット９２の周囲を被覆する外被９３を具備した光ファイバケーブル９０である。このように、光ファイバケーブル９０は、細径軽量化の可能な、スロットロッドを廃したノンスロット構造を備える（例えば、特許文献１参照。）。

前記光ファイバケーブル９０のケーブルコア９６は、前記外被９３の内部に前記光ファイバユニット９２に縦添えまたはより合わせにて集合された線状材料９４を具備しており、前記線状材料９４の断面の太さをｔとする。前記太さｔは、前記線状材料９４の断面を横切る線分の長さで定められ、前記線状材料９４の長手方向に対して周期的に変化している。この線分の長さは、断面における最大の長さであってもよいし、平均の長さであってもよい。

図２に、線状材料９４の形状の一例を示す。線状材料９４は、長手方向に、太さがｔ_Ａの領域Ｌ_Ａと、太さがｔ_Ｂの領域Ｌ_Ｂと、が交互に配置されている。９４ａは太さがｔ_Ａの２Ａ－２Ａ’断面形状を示し、９４ｂは太さがｔ_Ｂの２Ｂ－２Ｂ’断面形状を示す。これにより、本実施形態は、周期Ｐで線状材料９４の太さを周期的に変化させている。

本実施形態では、断面形状９４ａ及び９４ｂが矩形であり、対向する２辺の長さを周期的に変化させる例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、断面形状９４ａ及び９４ｂが矩形であり、全ての辺を周期的に変化させてもよい。また、線状材料９４の断面形状は、矩形に限らず、円形等の光ファイバ９１に側圧を印加しうる任意の形状を採用することができる。

ここで、太さｔの周期は、ＦＭＦのモード間の結合が効率的に生じる値とすることが望ましい。ＦＭＦの伝搬モードの伝搬定数をβ_Ｌ、β_Ｍとすると、最も強いモード結合を得られる太さｔの周期Ｐは数式（１）で表せる。
Ｐ＝２π／（β_Ｌ－β_Ｍ） （１）
そこで、光ファイバ９１の伝搬定数をβ_Ｌ及びβ_Ｍに応じた周期Ｐで、断面形状９４ａ及び９４ｂの変化を用いて光ファイバ９１に側圧を印加することで、ＦＭＦのモード間の結合を効率的に発生させることができる。

線状材料９４は光ファイバユニット９２に集合されているため、光ファイバユニット９２に含まれる少なくとも１本の光ファイバ９１と当接する。周期Ｐで線状材料９４の太さを周期的に変化させることで、周期的に変化する太さｔに応じた側圧を光ファイバ９１に付与可能である。そのうえ、前記線状材料９４は光ファイバユニット９２を覆わないため、光ファイバケーブル９０を接続する場合の光ファイバ９１の取り出し作業性を良好に保つことが可能である。

実装する光ファイバ９１が複数の場合、すべての光ファイバ９１に周期的な側圧を加えられることが望ましい。すべての光ファイバ９１かつ全長に亘って周期的に変化する側圧を加える場合、次のような方法がある。
（ｉ）一つは、光ファイバ１本に対して１本の線状材料を縦添えする方法である。
（ｉｉ）または、実装する光ファイバが複数の光ファイバケーブルにおいて、光ファイバを複数本で一体化することで光ファイバテープを形成し、前記光ファイバテープを前記線状材料の周囲を覆うように変形させて縦添えする方法である。

細径高密度構造の光ファイバケーブル９０の断面上に配置される光ファイバ９１の位置は、長手方向でランダムに変化する。したがって、長手方向の位置に応じて線状材料９４と接触する光ファイバが９１入れ替わるため、結果として（ｉｉ）の方法ですべての光ファイバに周期的に変化する側圧を加えることができる。

なお、光ファイバケーブル９０が損傷した際に、損傷部から浸入した水が光ファイバケーブル内部を伝い、結果として浸水範囲が長距離に及ぶことがある。その対策として、浸水を防止するヤーンを適用することがある。ここで、ヤーンとは、繊維糸を編んで構成した紐状の部材であり、光ファイバケーブルにおいては、光ファイバユニット９２及び線状材料９４を含むケーブルコア９６の断面形状が円形に近づくよう介在として使用するほか、中に止水用の吸水パウダーをまぶして、光ファイバケーブル９０の止水性能を高める用途で使用する。本実施形態においては、前記ヤーンが前記線状材料９４を兼ねてもよい。この場合、線状材料９４は、ヤーンに備わる任意の機能、例えば吸水性を有していてもよい。

そのほか、光ファイバユニット９２を識別するために着色されたバンドルテープ９５を光ファイバユニット９２に巻きつけることがある。前記バンドルテープ９５が前記線状材料９４を兼ねてもよい。

図３にバンドルテープ９５の一例を示す。図において、９５ａは太さがｔ_Ａの３Ａ－３Ａ’断面形状を示し、９５ｂは太さがｔ_Ｂの３Ｂ－３Ｂ’断面形状を示す。例えば、バンドルテープ９５は、図２に示す線状材料９４と同様に、太さがｔ_Ａの領域Ｌ_Ａと、太さがｔ_Ｂの領域Ｌ_Ｂと、が交互に配置されている。これにより、周期Ｐでバンドルテープ９５の太さを周期的に変化させてもよい。

（実施形態例２）
図４は本開示の第二の実施形態例を示す光ファイバケーブルの構成図である。実施形態例１の線状材料９４が２本の線状材料９４－１及び９４－２のより合わせによって一体となって構成されている。９４ａは太さがｔ_Ａの４Ａ－４Ａ’断面形状を示し、９４ｂは太さがｔ_Ｂの４Ｂ－４Ｂ’断面形状を示す。本開示の線状材料９４は、一定の断面形状を有する線状材料９４－１及び９４－２を組み合わせることで、線状材料９４の太さを周期的に変化させてもよい。

以上のような構成とすることで、より合わせた線状材料９４－１及び９４－２の表面にらせん形状が構成される。光ファイバ９１はらせんの側面の一方向で接触するため、光ファイバ９１には周期的な側圧変化が生じる。したがって、実施形態例１と同等の効果が実現できる。

その上、らせん形状はより合わせる線状材料９４－１及び９４－２の太さ、より合わせの回転数を変化させることで、側圧の変化する周期Ｐを任意に設定することができる。

さらに、線状材料９４－１及び９４－２の断面形状は同一であり、長手方向で一定であってもよい。このため、本実施形態では、前記太さｔの周期の所望の値に設定した実施形態例１に記載の光ファイバケーブルを、１種類の線状材料のみで実現できる。

（実施形態例３）
図５は本開示の第三の実施形態例を示す光ファイバケーブルの構造図である。実施形態例１～２の構成では、周期的な側圧の大きさを十分なものとするには、実装密度（ケーブルコア９６の断面積に対する、ケーブルコアに実装される光ファイバユニット９２及び線状材料９４が占める断面積の比）を大きくする必要があった。しかしながら、実装密度を大きくすると、光ファイバ９１のケーブル化損失が大きくなりやすいという課題があった。

本実施形態では、実施形態例２の構成において、より合わせる線状材料９４－１及び９４－２のうち１本の線状材料９４－１の張力Ｔ_１が、他のより合わせる線状材料９４－２の張力Ｔ_２よりも大きな張力を持たせて実装されている。

以上のような構成とすることで、大きな張力の線状材料９４－１が直線の形状をとり、その周囲を他の線状材料９４－２がらせん状に覆う。そのため、線状材料９４－２がうねるように光ファイバ９１に接触するため、実施形態例２の構成とくらべて、線状材料９４－１及び９４－２の本数が同じであっても大きな側圧を得ることができる。言い換えれば、所望の周期的な側圧を、光ファイバケーブル９０内部の断面積を占める線状材料９４の割合を小さく保ちながら実現できる。

９１：光ファイバ
９２：光ファイバユニット
９３：外被
９４、９４－１、９４－２：線状材料
９５：バンドルテープ
９６：ケーブルコア

Claims (6)

1. 少なくとも２つ以上のモードを伝搬する光ファイバを、少なくとも１本以上集合した光ファイバケーブルであって、
   前記光ファイバのうちの少なくとも１本に当接する線状材料と、
   前記光ファイバ及び前記線状材料の周囲を被覆する外被と、
   を具備し、
   前記線状材料は、複数の線状材料がより合わされて一体となっており、
   前記複数の線状材料をより合わせることで、前記線状材料の長手方向に対し、前記光ファイバの伝搬モードの伝搬定数に応じた周期で周期的にモード結合を生じさせる、
   ことを特徴とする光ファイバケーブル。
2. 前記複数の線状材料のうち少なくとも１本の線状材料に張力が加えられており、かつ、前記１本の線状材料に加えられた張力が前記複数の線状材料のうちの他の線状材料よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
3. 前記複数の線状材料の太さは、長手方向に一定である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブル。
4. 前記光ファイバを伝搬するモード間の遅延時間の差が小さくなるような周期で、前記複数の線状材料がより合わせられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
5. 前記線状材料は、前記光ファイバを少なくとも１本以上束ねるバンドルテープとして機能する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。
6. 前記線状材料が吸水性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル。