JPWO2002059659A1 - 分散補償器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分散補償ファイバをコイルまたは束にして筐体内に収容し、前記分散補償ファイバの周囲を充填材料で満たした分散補償器およびその製造方法に関する。
背景技術
ゼロ分散波長を1.3μm帯に持つシングルモード光ファイバを用いて波長1.55μm帯での長距離大容量の光伝送を行うため、1.55μm帯での波長分散を相殺する分散補償器が開発されている。国際公開公報WO/41011には、1.55μm帯で負の波長分散を持つ分散補償ファイバをコイル状に巻き回して光ファイバコイルとし、その外面を光ファイバコイルの形状を保持する樹脂で取り囲んだ分散補償器が開示されている。
図6は、国際公開公報WO00/41011に開示されている分散補償器の一例を示す横断面図であって、32は光ファイバコイル、80は収納箱、82は容器蓋、84は充填材である。同公報には、充填材84としては、ヤング率が0.05kg/mm2以下の熱硬化性あるいは紫外線硬化性のシリコーン樹脂、あるいはブタジエン、シリコーンなどのゴムをシリコーン、ナフテンなどの溶剤で膨潤させ必要に応じて他の樹脂等を添加した高粘性ジェリー状混和物などが使用できることが記載されている。
特開2001−154032号公報には、白金触媒が添加された充填材料を使用した分散補償器が開示されている。同公報には、光ファイバの二次被覆層に含まれるイソシアネート化合物が光ファイバに接する部分の充填材料の硬化を阻害し、当該部分の充填材料が液状または半液状となり、充填材料の前記以外の部分は硬化して弾性固体部となることが開示されている。
発明の開示
本発明は、分散補償ファイバをコイルまたは束にして筐体内に収容し、前記筐体内の分散補償ファイバの周囲を硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sである充填材料によって満たして硬化させることを特徴とする分散補償器の製造方法に関する。
充填材料の硬化前の粘度を前記範囲とすることにより、分散補償ファイバのコイルまたは束はその全体が充填材料によって均一に保持されて動かないようになる。したがって、ファイバの自重による移動等が起こらず、マイクロベンドやファイバ間もしくはファイバと充填材料間の側圧が抑えられる。したがって、伝送損失の増加を抑えると共に、分散補償器のヒートサイクルによる温度変化に対する伝送損失の変化量を低減させることが出来る。分散補償ファイバは曲げや側圧に弱いので、本発明の効果は大きい。
分散補償ファイバを緩く巻かれた束とすると、充填材料が分散補償ファイバの束の中に浸透し、硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sである充填材料を前記束の周囲だけでなく、分散補償ファイバ同士の隙間にも満たすことができ、分散補償ファイバの1本1本を充填材料にて覆うことが出来る。なお、分散補償ファイバ同士の隙間には若干気泡が残ることはあっても、伝送損失に致命的な影響を及ぼすことはない。前記束は、分散補償ファイバをボビンの胴に巻き付け、該ボビンの胴を引き抜いて塊状態になった分散補償ファイバを取出してコイルとし、更に該コイルの巻き状態をほぐすことで形成できる。あるいは、前記束は、分散補償ファイバを筐体に落とし込む箇所を筐体上面に対して相対的に円を描くように移動させながら該分散補償ファイバを該筐体に直接落とし込んで形成してもよい。
筐体内の分散補償ファイバの周囲に充填材料を満たすに当たって、分散補償ファイバを収容し充填材料を入れた筐体に超音波振動又は機械的振動等による振動を加えると、分散補償ファイバ同士の隙間を充填材料で満たすことが出来、残留気泡も少なくなる。したがって、分散補償器のヒートサイクルによる温度変化に対する伝送損失の変化量を一層低減させることが出来る。
硬化前の粘度が前記範囲であり、かつ100ppm以上の白金触媒および100ppm以下の硬化抑制剤が添加されている充填材料を使用すると、前記硬化抑制剤により、前記充填材料が分散補償ファイバのコイルまたは束に浸透して分散補償ファイバ同士の隙間を満たすようにすることができ、前記白金触媒により、分散補償ファイバ同士の隙間を満たした充填材料を硬化させることができる。
硬化前の粘度が前記範囲であり、かつ分散補償ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートとの滴下30秒後の接触角が0度より大きく12度以下である充填材料を使用すると、前記充填材料が分散補償ファイバのコイルまたは束の中に浸透し,分散補償ファイバ1本1本の周囲に行きわたり、該分散補償ファイバ同士の隙間が充填材料で満たされる。そして、長波長側の伝送損失を抑えることができるようになる。充填材料の接触角を前記範囲にする一例には、充填材料に界面活性剤を添加する方法がある。滴下30秒後の接触角が前記範囲で比較的大きいときは、分散補償ファイバの周囲に若干気泡が残ることがあるが、該気泡が分散補償ファイバの伝送損失に致命的な影響を及ぼすことはない。滴下30秒後の接触角が8度以下であれば、伝送損失を小さくできる点で望ましい。
硬化前の粘度が前記範囲であり、かつJIS K 2220の規定による1/4コーンを用いたときの硬化後のちょう度が−20℃以上70℃以下の範囲において5以上200以下である充填材料を使用すると、分散補償ファイバのコイルまたは束を長期間安定して保持し、かつ環境変化による温度変化を受けても、光ファイバには過大な応力が加わることを防止できる。したがって、分散補償ファイバの長波長側の伝送損失を長期間安定して小さく保つことが出来る。前記範囲よりもちょう度が小さいとヒートサイクル時に低温で損失が増加する。前記範囲よりもちょう度が大きいと分散補償ファイバのコイルや束の保持が不十分であり、衝撃による損失増加が懸念される。1/4コーンを使用したときの25℃におけるちょう度が5以上200以下のものを使用するのが望ましい。
本発明は、分散補償器に関し、前記分散補償器は、コイルまたは束にされた分散補償ファイバ、筐体および充填材料からなり、前記分散補償ファイバが前記筐体内に収容されていて、前記分散補償ファイバの周囲が前記充填材料によって満たされ、前記充填材料の硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sであることを特徴とする。
前記分散補償器は、充填材科に100ppm以上の白金触煤および100ppm以下の硬化抑制剤が添加されていることが好ましい。
前記分散補償器は、充填材料の、分散補償ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートとの滴下30秒後の接触角が0度より大きく12度以下であることが好ましい。充填材料に界面活性剤が添加されていてもよい。
前記分散補償器は、充填材料の、JIS K 2220の規定による1/4コーンを用いたときのちょう度が−20℃以上70℃以下の範囲において5以上200以下であることが好ましい。1/4コーンを使用したときの25℃におけるちょう度が5以上200以下であることがさらに望ましい。
発明を実施するための最良の形態
図1において、1は分散補償ファイバ、2は筐体、3は充填材料である。この分散補償器は、分散補償ファイバ1をコイルまたは束にして筐体2内に収容し、筐体2内の分散補償ファイバ1の周囲を充填材料3で満たして硬化させることによって製造する。なお、充填材料としては、硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sである樹脂を使用する。SiHを含むポリシロキサンとビニル基を含むポリシロキサンを付加反応させてなるゲル状のシリコーン樹脂はこの粘度範囲のものを得ることが出来るので、充填材料として使用することが出来る。なお、充填材料の硬化前の粘度は、ポリシロキサンの分子量を調整することで変えることが出来る。
またこれによって製造される分散補償器では、上述した硬化前の粘度が常温で0.6Pa・s以下である粘度の低い樹脂からなる充填材料を用いて、分散補償ファイバのコイルまたは束の周囲を充填材料で満たして、該充填材料によって分散補償ファイバを保持するので、分散補償ファイバのコイルまたは束には充填材料からは均一で小さい応力が加わるだけである。これによってヒートサイクル時の温度変化を受けた時の伝送損失の変化量を低減させることが出来る。充填材料の硬化前の粘度が0.01Pa・s未満のものは、樹脂の硬化に要する時間が長くなるので好ましくない。
長さ500m以上の長尺の分散補償ファイバ1を胴径120mm程度のボビンに巻き付け、その後ボビンの胴を抜いて塊状の分散補償ファイバ1を取出してコイルとし、更にそのコイルに振動を加えるか、コイルを両手で持って捻ることによって、その巻き状態を変形させてほぐして巻き状態が緩くなった束とし、その束を筐体内に収容して、硬化前の粘度が常温で0.6Pa・s以下である粘度の低い樹脂からなる充填材料を用いて筐体内の分散補償ファイバの周囲を満たせば、分散補償ファイバ同士の隙間にも充填材科が充填され、1本1本の分散補償ファイバが充填材料で覆われた状態とすることが出来るので、ヒートサイクルを受けても充填材料からは均一な応力が加わるだけであり、伝送損失の変化量を低減させることが出来る。
また、図2に示す通り、分散補償器を製造する段階で、分散補償ファイバ1の両端には融着接続部4を設けてシングルモード型光ファイバ5を接続しておけば、分散補償器を光伝送路の途中に配置し光伝送路を構成するシングルモード型光ファイバと分散補償器とを接続する時には、シングルモード型光ファイバ同士の接続となるので、その時の接続作業が容易である。
分散補償ファイバのコイルまたは束の中に充填材料を浸透させ、分散補償ファイバの1本1本を覆わせると、浸透した充填材料の硬化が分散補償ファイバの被覆に含まれるイソシアネート化合物により阻害され、該充填材料が未硬化となってしまうことがある。特に、分散補償ファイバコイルを筐体内に収容し、該筐体内を減圧して充填材料を該筐体内に入れ、その後該筐体内を加圧および減圧することを繰り返して前記充填材料を前記コイル内に浸透させる場合、浸透した充填材料が未硬化となってしまうことがある。これを防ぐためには、充填材料の硬化反応触媒である白金触媒を100ppm以上の濃度になるように充填材料に添加すればよい。200ppm以上添加すると好ましい。1000ppmあれば十分である。一方、白金触媒の添加量が増えると、充填材料の硬化が早まり、充填材料が分散補償ファイバ1本1本の周囲に行き渡る前に該充填材科が硬化してしまい、分散補償ファイバ同士の隙間が充填材料で満たされないことがある。したがって、充填材料に白金触媒を100ppm以上添加すると同時に、硬化抑制剤を100ppm以下の濃度になるように添加する。硬化抑制剤を添加することにより、充填材料が光ファイバコイルに浸透して分散補償ファイバ同士の隙間を満たす時間を確保することができる。硬化抑制剤は1ppm以上添加するのが好ましい。白金触媒を100ppm以上および硬化抑制剤を100ppm以下同時に充填材料に添加することにより、分散補償ファイバ同士の隙間を充填材料で満たしてかつ該充填材料を硬化させることができる。これにより長期信頼性を改善できる。具体的には、長期間のうちに衝撃が加えられることによる損失増加を抑えることができる。
光ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートに対する滴下30秒後の接触角の測定は次のように行なう。前記シートの上に硬化前の液状の充填材を直径4mm〜6mmになるように滴下し、その滴下30秒後の液滴を、市販の接触角計(例えば、共和界面化学社製FACE CA−D)を用いて測定する。図3に示すように、接触角αは、充填材の滴21の頂点Tと接触点Eとを結ぶ線がシート22となす角θの2倍として求める。
光ファイバの最外層と同じ被覆樹脂からなるシートは、次のようにして作製することができる。
石英ガラス板を5分間以上硫酸に浸けて表面を洗浄する。洗浄した石英ガラス板上に、前記被覆樹脂を塗布した後、紫外線を照射して硬化させ、厚さ100μm、縦横各50mmのシートを形成する。照射する紫外線光量は100mJ/cm2とするとよい。
充填材料の前記シートに対する接触角を調整する例には、充填材に昇面活性剤を添加することがあげられる。界面活性剤としては次のものを使用することが出来る。ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、パラフィン酸化アルコールエチレンオキシド付加物、オキソアルコールエチレンオキシド付加物、チーグラーアルコール付加物、ノニルフェノールエチレンオキシド付加物、アルキルフェノールエチレンオキシド付加物、高級アルコールエチレンオキシド付加物、ラウリル硫酸エステルナトリウム、トリデシル硫酸エステルナトリウム、トリデシルアルコールエチレンオキシド9.6モル付加物、オクタノールエチレンオキシド付加物、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウム、飽和脂肪酸石鹸、イソトリデシルアルコールエチレンオキシド付加物、ポリエーテル変性シリコーン、高級脂肪酸ソルビタンエステル、等。
本発明の分散補償器の製造に使用する分散補償ファイバの一例を図4に示す。図4において、11はガラスファイバ、11aはコア部、11bはディプレストクラッド部、11cは外部クラッド部、12は被覆、12aは内層被覆、12bは外層被覆である。
分散補償ファイバ1は、図4(A)に示す通り、ガラスファイバ11上に被覆12を施して製造する。また、被覆12は、内層被覆12aと外層被覆12bとで構成する。更に、外部被覆層12bの外側に必要に応じて更なる層を設けても良い。また、内層被覆12a及び外層被覆12bは、それぞれウレタンアクリレート樹指等の紫外線硬化型樹脂で構成し、内層被覆12aは比較的ヤング率の低い樹脂で、外層被覆12bは比較的ヤング率の高い樹脂で構成する。例えば、内層被覆12aのヤング率は1MPaとし、外層被覆12bのヤング率は1000MPaとする。
また、分散補償ファイバ1の中心に位置するガラスファイバ11は、例えば、図4(B)および図4(C)に示す通り、中央の屈折率が石英ガラスに比べてΔ+だけ高いコア部11aと、それを取り囲む屈折率が石英ガラスに比べてΔ−だけ低いディプレストクラッド部11bと、その周りの石英ガラスと同じ屈折率の外部クラッド部11cとからなる。なお、上記ではガラスファイバとして2重クラッド構造の例を示したが、分散補償機能を有するものならそれ以外のものでもよく、一般にセグメント型と呼ばれるガラスファイバや、3重クラッド構造のガラスファイバを用いることも可能である。前記3重クラッド構造には、中間部分のクラッドがその内側のクラッドおよびその外側のクラッドのいずれもより高い屈折率を有するものがあげられる。また、波長1.3μm〜1.7μmにおいて高次モードを伝播するガラスファイバを使って分散補償機能を持たせる場合にも本発明は適用が可能である。
〔実施例1〕
充填材料となるシリコーン樹脂の硬化前の粘度を種々変えて、図4に示す分散補償ファイバを用いて図1に示す分散補償器を作成した。充填材料を満たすに当たり、分散補償ファイバが収容され充填材料が入れられた筐体に振動を加えたものと振動を加えなかった例を作った。各ケースについてヒートサイクル時の伝送損失差を、次のようにして求めた。出来上がった分散補償器を恒温槽内に入れ、−20℃5時間保持→+70℃5時間保持→−20℃の繰り返しヒートサイクルを5サイクル行い、各温度での5時問の保持時間の終了前1時間以内にそれぞれ波長1.55μmで伝送損失を測定し、その測定値の最大値から最小値を差し引いたものを伝送損失差とした。その結果を表1及び図5に示す。
本実施で使用した分散補償ファイバの各部の寸法、屈折率の増減率を示すΔ+およびΔ−、ならびに波長1.55μmにおける波長分散、波長分散傾斜および束の状態での伝送損失は、下記の表2に示す。
表1及び図5の結果によれば、充填材料の硬化前の粘度が高くなるに伴い、伝送損失差は上昇する。伝送損失差が0.025dB/kmを超える分散補償器を不良と判断した。上記のケースでは、ケース番号4、5、6は不良である。また図3から、充填材料の硬化前の粘度が常温で0.6Pa・s以下であれば、伝送損失差を良好な範囲とすることが出来るということが分かる。また、充填材料の充填時に筐体に振動を加えた場合は、振動を加えなかった場合よりも、伝送損失差が小さくなることも分かる。
〔実施例2〕
表2に示す寸法等の分散補償ファイバ10kmを胴径120mmのボビンに巻き付け、該ボビンから抜き取って分散補償ファイバコイルとした。この分散補償ファイバコイルを筐体内に収容し、該筐体内を減圧して該筐体内に硬化前の粘度が常温で0.1Pa・sである熱硬化型充填材料を500ml入れた。その後、前記筐体内を加圧および減圧することを繰り返して前記充填材料を前記コイル内に浸透させた。その後、70℃に24時間おいて前記充填材料を硬化させた。充填材料に添加する白金触媒の量および硬化抑制剤(アセチレンアルコール系硬化抑制剤)の量を表3に示すように種々変えた分散補償器を作製した。各分散補償器を分解して分散補償ファイバコイル内に浸透した充填材料が硬化したかどうか調べた。結果を表3に示す。
表3の結果によれば、白金触媒が100ppm以上、かつ硬化抑制剤が100ppm以下添加された例であるケース番号8、9、10では分散補償ファイバコイル内に浸透した充填材料が硬化したが、白金触媒または硬化抑制剤のいずれかの添加量が前記範囲から逸脱した例であるケース番号11、12では未硬化であった。
〔実施例3〕
表2に示す寸法等の分散補償ファイバ9kmを胴径120mmのボビンに巻き付け、該ボビンから抜き取って分散補償ファイバコイルとした。その後、両手でもって捻りその塊状態を崩して緩く巻かれた束とした。
次いで、各束状態の分散補償ファイバを筐体内に収容し、筐体内の分散補償ファイバの周囲に硬化前の粘度が0.6Pa・sであるゲル状のシリコーン樹脂からなる充填材料を充填し硬化させて2種(ケース番号13および14)の分散補償器を製造した。
充填材料の滴下30秒後の接触角を5回測定しその平均値を算出した。接触角の測定に用いた分散補償ファイバの最外層と同じ被覆樹脂からなるシートの組成は、ポリテトラエチレングリコール、トリレンジイソシアネートおよびヒドロキシエチルアクリレートの重合により得られた平均分子量2000〜6000のポリエーテル型ウレタンアクリレートが60重量%、N−ビニルピロリドン、エチレングリコールジアクリレートおよびトリヒドロキシエチルイソシアヌル酸トリアクリレートからなる反応性希釈モノマーが35重量%、紫外線重合開始剤が5重量%である。前記した方法により100mJ/cm2の紫外線を照射して、厚さ100μm、縦横各50mmのシートを形成した。
出来上がった分散補償器について、波長1.55μmでの伝送損失を調べた。結果を表4に示す。
接触角を12度以下とすることにより、長波長側である波長1.55μmの光の伝送損失を抑えることができた。
産業上の利用可能性
本発明は、充填材料の硬化前の粘度を0.01Pa・s以上0.6Pa・s以下の範囲とすることにより、伝送損失の増加を抑えると共に、分散補償器のヒートサイクルによる温度変化に対する伝送損失の変化量を低減させることが出来る。
本発明において、分散補償ファイバを緩く巻かれた束とすると、分散補償ファイバの1本1本を充填材料にて覆うことが出来る。
本発明において、筐体内の分散補償ファイバの周囲に充填材科を満たすに当たって、分散補償ファイバを収容し充填材料を入れた筐体に超音波振動又は機械的振動等による振動を加えると、分散補償器のヒートサイクルによる温度変化に対する伝送損失の変化量を一層低減させることが出来る。
本発明において、100ppm以上の白金触媒および100ppm以下の硬化抑制剤が添加されている充填材料を使用すると、分散補償ファイバ同士の隙間を満たした充填材料を硬化させることができる。
本発明において、分散補償ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートとの滴下30秒後の接触角が0度より大きく12度以下である充填材料を使用すると、長波長側の伝送損失を抑えることができるようになる。
本発明において、1/4コーンを用いたときのちょう度が−20℃以上70℃以下の範囲において5以上200以下である充填材料を使用すると、分散補償ファイバの長波長側の伝送損失を長期間安定して小さく保つことが出来る。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明にかかる製造方法によって製造された分散補償器の例を示すものであって、図1(A)は内部構成平面図、図1(B)はX方向断面図である。
図2は、別の分散補償器の例を示す内部構成平面図である。
図3は、接触角の求め方を示す図である。
図4(A)は、本発明の分散補償器に使用する分散補償ファイバの例を示す横断面図、図4(B)は、分散補償ファイバに使用するガラスファイバの例を示す横断面図、図4(C)は、そのガラスファイバの径方向の屈折率分布を示すものである。
図5は、実施例1での各ケースの充填材料の硬化前の常温での粘度と分散補償器のヒートサイクル時の伝送損失差との関係を示すグラフである。
図6は、従来の分散補償器の一例を示す横断面図である。
Claims (12)
- 分散補償ファイバをコイルまたは束にして筐体内に収容し、前記筐体内の分散補償ファイバの周囲を硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sである充填材料によって満たして硬化させることを特徴とする分散補償器の製造方法。
- 前記筐体内に収容する分散補償ファイバは、緩く巻かれた束としたものであることを特徴とする請求項1に記載の分散補償器の製造方法。
- 前記分散補償ファイバの周囲を充填材料にて満たすに当たって、前記分散補償ファイバを収容して充填材料を入れた筐体に振動を加えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分散補償器の製造方法。
- 100ppm以上の白金触媒および100ppm以下の硬化抑制剤が添加されている充填材料を使用することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の分散補償器の製造方法。
- 前記分散補償ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートとの滴下30秒後の接触角が0度より大きく12度以下である充填材料を使用することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の分散補償器の製造方法。
- 前記充填材料に界面活性剤を添加することを特徴とする請求項5に記載の分散補償器の製造方法。
- 1/4コーンを使用したときの−20℃以上70℃以下の範囲におけるちょう度が5以上200以下である充填材料を使用することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の分散補償器の製造方法。
- コイルまたは束にされた分散補償ファイバ、筐体および充填材料からなり、前記分散補償ファイバが前記筐体内に収容されていて、前記分散補償ファイバの周囲が前記充填材料によって満たされ、前記充填材料の硬化前の粘度が常温で0.01Pa・s〜0.6Pa・sであることを特徴とする分散補償器。
- 前記充填材料に100ppm以上の白金触媒および100ppm以下の硬化抑制剤が添加されたことを特徴とする請求項8に記載の分散補償器。
- 前記充填材料の、分散補償ファイバの最外層と同じ被覆材料からなるシートとの滴下30秒後の接触角が0度より大きく12度以下であることを特徴とする請求項8または9に記載の分散補償器。
- 前記充填材料に界面活性剤が添加されたことを特徴とする請求項10に記載の分散補償器。
- 前記充填材料の、1/4コーンを使用したときの−20℃以上70℃以下の範囲におけるちょう度が5以上200以下であることを特徴とする請求項8ないし11のいずれかに記載の分散補償器。
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