JPH11133252A - プラスチック光ファイバ及び光ファイバケーブル - Google Patents

プラスチック光ファイバ及び光ファイバケーブル

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JPH11133252A
JPH11133252A JP9261288A JP26128897A JPH11133252A JP H11133252 A JPH11133252 A JP H11133252A JP 9261288 A JP9261288 A JP 9261288A JP 26128897 A JP26128897 A JP 26128897A JP H11133252 A JPH11133252 A JP H11133252A
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pof
fiber
transmission loss
optical fiber
cable
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JP9261288A
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Kazumi Nakamura
一己 中村
Atsushi Okumura
淳 奥村
Kikue Irie
菊枝 入江
Makoto Muro
誠 室
Jun Kamo
純 加茂
Katsuhiko Shimada
勝彦 島田
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用的な光伝送損失性能、広帯域特性と機械
的強度を兼ね備えたSI型POF及びSI型POFケー
ブルを提供する。 【解決手段】 コア/クラッド/保護層/ジャッケット
層の4層からなるプラスチック光ファイバケーブルであ
って、コア径が0.5〜1.5mmφ、ファイバの開口
数が0.24〜0.40で、100mのファイバ長、全
モード励振条件における伝送帯域が80〜340MH
z、伝送損失が200dB/km以下、20mmR−1
80°屈曲時の伝送損失増加が1dB以下、15mmR
±90°繰り返し屈曲時の破断屈曲回数が1万回以上で
ある光ファイバケーブル。また、全モード励振条件下で
測定した100m伝搬後の出射FFP(Far Field Patt
ern)において、出射角−20°以上、+20°以下の
範囲に対する積分値Spと全角度範囲に対する積分値S
の比R=Sp/Sが98%以上である光ファイバケーブ
ル。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光情報通信媒体とし
て利用可能な広帯域ステップインデックス型プラスチッ
ク光ファイバ(以下「SI型POF」という)及び光フ
ァイバケーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】光伝送は大容量で電磁ノイズの影響を全
く受けないという特長を生かして通信媒体として広く用
いられている。現在、実用化されている光伝送用の媒体
である光ファイバとしては、その素材により石英系光フ
ァイバとプラスチック系光ファイバ(以下「POF」と
いう)に分類される。
【0003】POFの利点は、1)大口径でありながら
柔軟で取り扱い性がよい、2)他のPOFや発光素子と
の結合において位置あわせの許容範囲が広いので接続が
容易で高価な装置が不要である、3)接続の光学系が不
要である点などが挙げられる。
【0004】これらの利点を生かしてPOFはデータリ
ンクなどの短距離通信やセンサー等への応用が浸透しつ
つある。また今後、FA、OA用などフロアー内外の機
器間LANのような施設網や加入者網(FTTH)にお
ける末端配線など、接続点の多い近距離の低コスト情報
伝送線として期待されている。また、柔軟性も優れてい
るため振動する環境でも破損、折損や劣化がおきにく
く、この点でも石英系よりも優れ、自動車、電車、飛行
機、などの移動体中のネットワークなど信号伝送線への
応用も図られている。
【0005】一方、これらの通信用途においては伝送速
度の高速化への要求が年々高まってきている。POFの
単位時間に伝送可能な量をあらわす指標として帯域を用
いると、これまで実用化されてきたPOFの帯域は、通
常、高々5〜6MHz・km(−3dB)である。この
帯域では最適化されたLEDモジュールを用いても10
0mファイバ長の実用的な通信レートが100Mbps
(ビット毎秒)以下であり、中高速LANなどの用途に
は帯域が狭すぎる。
【0006】SI型POFとしてはポリメタクリル酸メ
チル(PMMA)をコア材としフッ素系重合体をクラッ
ド材としたものが種々提案されている。
【0007】日本国特開昭59−36111号公報はク
ラッド材として、長鎖フルオロアルキルメタクリレー
ト、メタクリル酸とメタクリル酸メチルからなる共重合
体を開示している。しかしながら、このクラッド材は長
鎖フルオロアルキルメタクリレートを65%以上含有す
るものであって、メタクリル酸メチルの含有量は29%
以下である。従って、クラッド材の屈折率は1.420
以下であり、光ファイバの開口数は0.45以上であっ
て、広帯域特性を有するPOFを示唆する記載はない。
【0008】また、日本国特開昭61−66706号公
報はクラッド材として、長鎖フルオロメタクリレート、
短鎖フルオロアルキルメタクリレートとメタクリル酸メ
チルからなる共重合体を開示している。しかし、このク
ラッド材中のメタクリル酸メチル含有量も50%以下で
あって、広帯域特性を有するPOFを示唆する記載はな
い。
【0009】最近、Conference Proce
edings of 3rd Internation
al Conference on Plastic
Optical Fibers & Applicat
ionsの148−151頁及び147頁において、フ
ァイバの開口数を小さくすることによってSI型POF
に広帯域特性を付与することが提案されている。
【0010】また、本願の優先権主張の基礎出願である
日本国特願平7−116174号の出願後に公知となっ
た、日本国特開平7−239420号公報は、PMMA
をコア材料とし特定のフルオロアルキルメタクリレート
とMMAの共重合体をクラッド材料とするPOFを開示
している。この文献はコア材とクラッド材の屈折率を近
づけることにより広帯域化が可能であること、また特定
のフルオロメタクリレート共重合体をクラッド材とする
ことによりPOFの耐熱性が向上することを示してい
る。しかしながらこのPOFは、クラッド材料中に短鎖
フルオロメタクリレートを含んでいるので、POFの機
械的特性が不十分である。
【0011】一方 コア/クラッド/保護層の3層から
なるPOFは従来から提案されている。日本国特開昭6
2−204209号公報はPMMAを主成分とするコア
材上に、含フッ素樹脂から成るクラッド材を2層設けた
POFを開示している。この文献はクラッド層を2層と
することによってPOFの耐熱性を向上させ、しかも1
層目のクラッド層の厚みを3〜4μmと薄くすることに
よってPOFの耐屈曲性の改善を図っている。しかしな
がらこのPOFも、クラッド材中にペンタフルオロプロ
ピルメタクリレート、テトラフルオロメタクリレートの
ような短鎖フルオロメタクリレートを含んでいるので、
POFの機械的特性が不十分である。また、広帯域特性
を有するSI型POFの設計思想は何ら開示されていな
い。
【0012】日本国特開平5−249325号公報はP
MMAを主成分とするコア材と特定のフッ素樹脂から成
るクラッド材とからなるPOFを開示している。この文
献はクラッド層を2層とすることによって、ジャッケッ
ト材中に含まれる可塑剤がコア中やクラッド中へ拡散す
ることを防ぎ、POFの伝送損失の低下や機械的特性の
劣化を防止する思想を提案している。しかしながらこの
クラッド材の屈折率は1.409以下であり、従ってP
OFの開口数は0.48以上である。即ちこの文献も広
帯域特性を有するPOFを示唆していない。
【0013】前述したように、開口数を低下させたPO
Fは、広帯域特性を有するSI型POFを得るための手
段の一つである。しかしながらPOFの開口数を低下さ
せると、1)ファイバが屈曲したときに外部に放出され
る光線量が多くなり、光伝送損失が増大するという問題
と、2)POFと光源との結合損失が増大するという問
題が生じる。またPOFの実用的な機械的強度を確保す
ることも重要である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、実用
的な光伝送損失性能、広帯域特性と機械的強度を兼ね備
えたSI型POF及びSI型POFケーブルを提供する
ことにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コア/
クラッド/保護層の3層からなるプラスチック光ファイ
バであって、コア径が0.5〜1.5mmφ、ファイバ
の開口数が0.24〜0.40で、100mのファイバ
長、全モード励振条件における伝送帯域が80〜340
MHz、伝送損失が200dB/km以下である光ファ
イバが提供される。
【0016】また本発明によれば、前記光ファイバにお
いて、全モード励振条件下で測定した100m伝搬後の
出射FFP(Far Field Pattern)に
おいて、出射角−20°以上、+20°以下の範囲に対
する積分値Spと全角度範囲に対する積分値Sの比R=
Sp/Sが98%以上であることを特徴とする光ファイ
バが提供される。
【0017】更に本発明によれば、コア/クラッド/保
護層/ジャッケット層の4層からなるプラスチック光フ
ァイバケーブルであって、コア径が0.5〜1.5mm
φ、ファイバの開口数が0.24〜0.40で、100
mのファイバ長、全モード励振条件における伝送帯域が
80〜340MHz、伝送損失が200dB/km以
下、20mmR−180°屈曲時の伝送損失増加が1d
B以下、15mmR±90°繰り返し屈曲時の破断屈曲
回数が1万回以上である光ファイバケーブルが提供され
る。
【0018】また本発明によれば、前記光ファイバケー
ブルにおいて、全モード励振条件下で測定した100m
伝搬後の出射FFP(Far Field Patte
rn)において、出射角−20°以上、+20°以下の
範囲に対する積分値Spと全角度範囲に対する積分値S
の比R=Sp/Sが98%以上であることを特徴とする
光ファイバケーブルが提供される。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明においてPOFのコア材と
しては光学的性能、機械的強度、信頼性などの観点から
ポリメタクリル酸メチルが用いられる。メタクリル酸メ
チルと共重合可能なメタクリル酸ブチル、メタクリル酸
エチルやマレイミド化合物を少量含む共重合体も使用で
きる。
【0020】本発明のPOFのクラッド材としては、フ
ッ素系メタクリレート(共)重合体、フッ素系メタクリ
レート−メタクリル酸エステル(共)重合体、α−フル
オロメタクリレート(共)重合体、またはそれらの混合
物が挙げられる。
【0021】POFの開口数を0.24以上、0.40
以下とするためにクラッド材としては屈折率が1.43
5以上、1.47以下のものが用いられる。ファイバの
開口数は小さすぎると屈曲時の損失が大きくなり、ま
た、結合損失も増大するので0.24以上でなければな
らない。開口数は0.27以上がより好ましい。100
mにおける帯域として80MHzを確保するためには開
口数は0.40以下とする必要がある。90MHz以上
の帯域を確保するには開口数は0.34以下がより好ま
しい。従ってクラッド材の屈折率としては1.45以上
1.465以下が好ましい。
【0022】従って、屈折率が1.435以上、1.4
7以下の範囲となるような組み合わせ、組成のものが選
択され、例えば、式(1)で示される長鎖フルオロアル
キルメタクリレート、メタクリル酸メチルとメタクリル
酸との共重合体が挙げられる。この共重合体は機械的特
性や透明性および耐熱分解性の物性バランスが優れてい
る。
【0023】 CH2=C(CH3)-COO-(CH2)2(CF2)7CF3 (1) 長鎖フルオロアルキルメタクリレートの含有量が20重
量%未満のクラッド材では屈折率が1.467を超え開
口数が小さくなりすぎる。また、長鎖フルオロアルキル
メタクリレートの含有量が45重量%を超えるクラッド
材は結晶性を示し、クラッド材中での光散乱に起因する
伝送損失が大きくなる。
【0024】クラッド材中の長鎖フルオロアルキルメタ
クリレート単位の含有量は23〜35重量%であること
が特に好ましい。クラッド材中のメタクリル酸メチル単
位の含有量は、屈折率が所望の範囲になるように決定さ
れ、54〜79重量%であることが好ましく63〜75
重量%であることがより好ましい。
【0025】メタクリル酸はクラッド材の耐熱分解性を
向上させるとともに、芯材との密着性を向上させるため
に必要であり、含有量は0.05重量%以上であること
が好ましい。また、加工性を考慮すると2重量%以下で
あることが好ましい。0.5重量%以上2重量%以下で
あることがより好ましい。
【0026】クラッド材の厚みは特に限定されないが薄
すぎると伝送損失が増大するため5μm以上であること
が好ましい。後述のFFP法による検討によれば、クラ
ッド材の厚みを8μm以上とすればPOFの伝送帯域が
格段と向上することが判明している。
【0027】本発明のPOFにおいてはクラッドの外側
に保護層が配置される。この保護層は、POFのクラッ
ドが受光した光線の有効利用を可能にし、光源とPOF
との結合効率を改善する働きをする。また保護層はコア
からクラッドに漏れた光の一部を再度コアに戻す働きを
する。即ち、POFが屈曲したときにコアから外部に放
出される光線量は、POFの開口数が小さい方が開口数
が大きい場合と比較すると遥かに多量であるので、保護
層は低開口数POFの光伝送損失の増大防止に有効に機
能する。
【0028】保護層の材料としてはファイバ内の伝播光
のファイバ側面から流出を防ぐ観点からクラッド材より
も屈折率の低い材料を用いるのが好ましい。このような
材料として、フッ化ビニリデン70〜90モル%とテト
ラフルオロエチレン30〜10モル%との共重合体が挙
げられる。この共重合体は機械的特性、耐化学薬品性も
優れているので好ましい材料である。
【0029】また、この共重合体は、フッ化ビニリデン
含有量が80モル%組成のものが融点が最も低くなる。
そのためにこの共重合組成の共重合体は、コア材として
のPMMAとの多層紡糸が容易であり、またそれに続く
延伸操作も容易に行うことができる。尚、延伸操作はP
OFの機械的強度向上のために行なわれる。
【0030】保護層の厚みは特に限定されないが、経済
性とファイバ性能との兼ね合いにより決定される。機械
的特性や耐化学薬品性を十分発揮するためには5μm以
上であることが好ましい。
【0031】前記クラッド材料とこの保護層の材料との
併用によってPOF及びPOFケーブルの伝送帯域が格
段と向上するとともに屈曲時の伝送損失の増加が抑制さ
れる。
【0032】POFの帯域の広狭は、ファイバ内を伝播
する光のうち伝搬速度が遅い高次モード光によって影響
される。POFを広帯域化するためにはこの高次モード
光の量を減少させることが必要である。本発明者等はP
OFの開口数の低下とファイバ構造の選定により高次モ
ード光の量の減少を達成した。
【0033】POF及びPOFケーブルとしては、全モ
ード励振条件下で100mのファイバを伝搬後の出射F
FPにおいて、出射角−20°以上、+20°以下の範
囲に対する積分値Spと全角度範囲に対する積分値Sの
比R=Sp/Sが98%以上のものであることが好まし
い。
【0034】尚、FFPとはPOFの光出射端面が点と
見なせる程度に充分離れた距離の位置からみたPOFの
出射光量の出射角分布のことである。伝搬光のモードの
高低は伝搬角度の大小に対応するので、FFPはPOF
の伝搬光のモード分布を現している。
【0035】本発明のPOFは、1)連続塊状重合直接
紡糸プロセスによってMMAの重合工程、重合系からの
揮発成分の脱気工程、PMMAの紡糸工程を連続的に行
い、コア材であるPMMAと共に、他のスクリュー型押
し出し機等からそれぞれ供給されたクラッド材、保護材
を共押し出し(複合紡糸)する方法、2)スクリュー型
押し出し機等からそれぞれ供給されたPMMA(コア
材)、クラッド材、保護材を共押し出しする方法等によ
って製造することができる。これらの方法のうちPOF
の伝送損失を十分下げるには1)の方法を用いるのが好
ましい。
【0036】POFケーブルのジャケット層の材料は機
械的特性や耐熱性、難燃性を加味して選択される。ポリ
エチレン、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリ
オレフィン系エラストマーが用いられる。
【0037】本発明のPOFケーブルは、20mmR−
180゜屈曲時の伝送損失増加が1dB以下、15mm
R±90゜繰り返し屈曲時の破断屈曲回数が1万回以上
である。
【0038】ここで20mmR−180゜屈曲時の伝送
損失増加とは、通常の状態化における伝送損失値に対し
て、図1に示すようにケーブルの中間部を半径20mm
の曲率をもって曲げた状態化における伝送損失値の増加
をいう。また、15mmR±90゜繰り返し屈曲時の破
断回数とは、図2に示すように半径15mmの曲率を有
する円筒体もしくは円柱体でケーブルを挟んだ状態でケ
ーブルを左右に90゜ずつ(合計180゜)の屈曲を繰
り返したときに伝送損失が急激に増加してケーブルが実
質的に破断したと判断されたときの屈曲回数をいう。
尚、各実施例において破断屈曲回数は図2に示すように
ケーブルに500gの荷重をかけて測定される。
【0039】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。尚、POF、POFケーブルの他の特性値は以
下の1)〜6)の方法によって測定した。
【0040】1)開口数NA;JIS−C6862反射
法によって測定する。 2)全モード励振における伝送帯域;102m−2mの
カットバック法により、励振NAが0.65における1
00m長の−3dB帯域をインパルス応答法にて測定す
る。測定装置として浜松ホトニクス(株)製の光サンプ
リングオシロスコープ、光源として東芝(株)製半導体
レーザTOLD9410を用い、発光波長は650nm
とする。
【0041】3)伝送損失;光源からの光を分光器を用
いて波長650nmに単色化し、励振NAはレンズを用い
て0.1にあわせる。25m−5mカットバック法によ
り測定する。 4)屈折率;アッベの屈折計を用いて温度20℃におけ
るnDを測定する。
【0042】5)出射FFP(Far Field P
attern); 励振NA=0.65に設定した光源
(東芝製半導体レーザTOLD9410 発光波長65
0nm)を用いて、ファイバの100m伝搬後の出射光
のFFPを図3に示すフーリエ変換光学系を用いて測定
する。
【0043】6)結合損失増加;光源としてLED(東
芝製TLRA280)を用いる。1m長のPOF又はP
OFケーブルの一端に光源を取り付け、他端からのファ
イバ出射光量I0を測定する。POF(またはPOFケ
ーブル)として基準ファイバ(比較例1のファイバ)を
使用した時のファイバ出射光量をI0とし、評価対象の
POF(またはPOFケーブル)を使用した時のファイ
バ出射光量をIとし、次式で算出される値を結合損失増
加(dB)とする。 結合損失増加=10×log10(I0/I)。
【0044】(実施例1)コア材としてポリメタクリル
酸メチルを、クラッド材として(1)式で示される長鎖
フルオロアルキルメタクリレート25wt.%、メタクリ
ル酸メチル74wt.%とメタクリル酸1wt.%との共重合
体を用いた。この共重合体の屈折率は、1.463であ
った。保護層としてフッ化ビニリデン80モル%とテト
ラフルオロエチレン20モル%の共重合体(ダイキン工
業(株)製VP−50)を用いて、連続塊状重合直接紡
糸法で3層複合紡糸を行った。その結果ファイバ直径1
000μm、クラッド厚5μmのコア/クラッド/保護層
からなる3層構造のPOFを得た。このPOFの評価結
果を表1に示した。
【0045】(実施例2)実施例1で得られたPOFに
ポリエチレン被覆を施し、外径2.2mmのPOFケー
ブルとした。このPOFケーブルの評価結果を表1に示
した。
【0046】(実施例3)クラッド材として(1)式で
示される長鎖フルオロアルキルメタクリレート30wt.
%、メタクリル酸メチル69wt.%とメタクリル酸1wt.
%との共重合体を用い、それ以外の条件は実施例1と同
様にして3層複合紡糸を行い、ファイバ直径1000μ
m、クラッド厚5μmの3層構造のPOFを得た。クラッ
ド材の屈折率は1.455である。このPOFの評価結
果を表1に示した。
【0047】(実施例4)実施例1においてクラッド厚
を10μmとしそれ以外の条件は実施例1と同様にして
POFを得た。このPOFの評価結果を表1に示した。
【0048】(実施例5)実施例3においてクラッド厚
を10μmとしそれ以外の条件は実施例3と同様にして
POFを得た。このPOFの評価結果を表1に示した。
【0049】(実施例6)クラッド材として(1)式で
示される長鎖フルオロアルキルメタクリレート30wt.
%、メタクリル酸メチル73.1wt.%とメタクリル酸
1.9wt.%の共重合体を得た。この共重合体をクラッ
ド材として用い、それ以外の条件は実施例2と同様にし
てPOFケーブルを得た。このPOFケーブルの評価結
果を表1に示した。
【0050】(実施例7〜9)実施例3、実施例4及び
実施例5のPOFに対してそれぞれポリエチレン被覆を
施し外形2.2mmのPOFケーブルを得た。これらP
OFケーブルの評価結果を表1に示した。
【0051】尚、実施例7、実施例8及び実施例9にお
いては、それぞれ実施例3、実施例4及び実施例5のP
OFを用いた。
【0052】(実施例10)実施例7のPOFケーブル
の出射FFPを測定し、図4の結果を得た。比R=Sp
/Sは98%であった。
【0053】(比較例1)実施例1において、クラッド
材として(1)式で示される長鎖フルオロアルキルメタ
クリレート50重量%、(2)式で示される短鎖フルオ
ロアルキルメタクリレート30重量%、メタクリル酸メ
チル18重量%とメタクリル酸2重量%からなる共重合
体を用いた。それ以外の条件は実施例2と同様にしてP
OFケーブルを得た。クラッド材の屈折率は1.405
であった。
【0054】 CH2=C(CH3)-COO-CH2CF2CF3 (2) このPOFケーブルの評価結果を表1に示した。またP
OFケーブルの出射FFPを図4に示した。比R=Sp
/Sは94%であった。
【0055】(比較例2)実施例1において、保護層が
ない3層構造のPOFケーブルを得た。このPOFケー
ブルの評価結果を表1に示した。
【0056】
【表1】
【0057】
【発明の効果】本発明によれば、実用的な光伝送損失性
能、広帯域特性と機械的強度を兼ね備えたSI型POF
及びSI型POFケーブルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】POFケーブルの20mmR−180゜屈曲時
の伝送損失を測定するときのケーブルの曲げ状態を示す
図である。
【図2】POFケーブルの15mmR±90゜繰り返し
屈曲時の屈曲状態を示す図である。
【図3】FFPの測定系を示す図である。
【図4】FFPの測定結果を示す図である。縦軸はファ
イバからの出射光量であり、最大値を1.0とする相対
値で表示されている。横軸はファイバからの出射角であ
る。
【符号の説明】
1 POFケーブル 2 LED 3 受光体 4 荷重 5 フーリエ変換光学系 6 LD 7 CCD素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室 誠 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央研究所内 (72)発明者 加茂 純 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央研究所内 (72)発明者 島田 勝彦 富山県富山市海岸通3番地 三菱レイヨン 株式会社富山事業所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コア/クラッド/保護層の3層からなる
    プラスチック光ファイバであって、コア径が0.5〜
    1.5mmφ、ファイバの開口数が0.24〜0.40
    で、100mのファイバ長、全モード励振条件における
    伝送帯域が80〜340MHz、伝送損失が200dB
    /km以下である光ファイバ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、全モード励振条件下
    で測定した100m伝搬後の出射FFP(Far Fi
    eld Pattern)において、出射角−20°以
    上、+20°以下の範囲に対する積分値Spと全角度範
    囲に対する積分値Sの比R=Sp/Sが98%以上であ
    ることを特徴とする光ファイバ。
  3. 【請求項3】 コア/クラッド/保護層/ジャッケット
    層の4層からなるプラスチック光ファイバケーブルであ
    って、コア径が0.5〜1.5mmφ、ファイバの開口
    数が0.24〜0.40で、100mのファイバ長、全
    モード励振条件における伝送帯域が80〜340MH
    z、伝送損失が200dB/km以下、20mmR−1
    80°屈曲時の伝送損失増加が1dB以下、15mmR
    ±90°繰り返し屈曲時の破断屈曲回数が1万回以上で
    ある光ファイバケーブル。
  4. 【請求項4】 請求項3において、全モード励振条件下
    で測定した100m伝搬後の出射FFP(Far Fi
    eld Pattern)において、出射角−20°以
    上、+20°以下の範囲に対する積分値Spと全角度範
    囲に対する積分値Sの比R=Sp/Sが98%以上であ
    ることを特徴とする光ファイバケーブル。
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