(57)【要約】      （修正有）【課題】所望のマイクロベンド損失を実現し、クラッドの断面積を最小とすることができ、これにより単位断面積当たりのコアの充填効率を最大とする低損失高密度の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルを提供する。【解決手段】同一クラッド１内に複数のコア２を配置するマルチコア構造において、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａにより決定される最小許容曲げ半径Ｒ*と、コアのマイクロベンド損失αμとを、以下の式（１）の関係を満たすようにする。2012255936.tif 000012【選択図】図１
2012255936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が均一なクラッドと、クラッド内に任意の配列で配置された少なくとも２つのコアとを有する光ファイバであって、
前記コアの最小許容曲げ半径Ｒ* と、コアのマイクロベンド損失αμ と、コアのマイクロベンド損失特性を記述する仮想曲げ半径Ｒμ とが、下記の式（１）、式（２）及び式（３）を満たす
ことを特徴とする光ファイバ。
【数１】
2012255936.tif 000009
【数２】
2012255936.tif 000010
【数３】
2012255936.tif 000011
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバを複数本撚り合わせ、
複数本撚り合わせた光ファイバの外周に外被材料を施した
ことを特徴とする光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば単一モード光通信に供する光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Fiber To The Home（FTTH）の進展に伴い、光線路設備の建設、保守、並びに運用作業を効率化する技術は益々重要となっている。特に、光線路設備が集約されるビル内及び構内設備では、接続・分岐点における光ファイバ心線の輻輳と、光ケーブル内の実装心線数の増加が問題となる。このため、接続点における占有体積を縮小した小型光ファイバコネクタや、光ケーブル内の光ファイバ実装密度を向上した高密度光ケーブルなどが開発されている。しかし、単位断面積当たりの光ファイバ心線の実装あるいは多重効率は、光ファイバの幾何学的な外径寸法により制限される。
【０００３】
また、FTTHの進展によるデータ通信容量の増加は、基幹系伝送路における更なる容量需要の拡大を促す。このため、光ファイバ1芯当たりの伝送容量の拡大を目的とし、実効断面積を拡大した光ファイバなどが開発されている。しかし、高強度光の入力時に発生する光ファイバ自身の損傷を回避することは困難となっている。
【０００４】
このため近年、限られた空間内における光ファイバ心線の効率的な集約、あるいは空間多重度の向上による伝送容量の拡大を目的とし、同一クラッド内に複数のコアを配置するマルチコア構造の光ファイバに関する研究開発が行われている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチコア光ファイバの幾何学的な構造条件は、伝送損失と密接な関係を有する。即ち、断面内に任意の配列構造を有するマルチコア光ファイバのマイクロベンド損失は、クラッド外周の最も近傍に配置されたコアの特性により決定され、コアのマイクロベンド損失特性は、コアの曲げ損失特性と、クラッド外周までの距離とに依存して変化する。しかしながら、前記マイクロベンド損失と、コアの曲げ損失特性と、クラッド外周までの距離との関係は十分明らかにされていないといった課題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、同一クラッド内に複数のコアを配列して構成される光ファイバにおいて、コア中心からクラッド外周までの最小距離とを好適にすることにより、所望のマイクロベンド損失を実現し、クラッドの断面積を最小とすることができ、これにより単位断面積当たりのコアの充填効率を最大とする低損失高密度の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の光ファイバ及び光ファイバケーブルでは、同一クラッド内に複数のコアを配置するマルチコア構造において、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａにより決定される最小許容曲げ半径Ｒ* と（例えば、非特許文献３参照）、コアのマイクロベンド損失αμ とを、以下の式（１）の関係を満たすように構成することにより、上記課題を解決する手段としている。
【０００８】
【数１】
2012255936.tif 000003
【０００９】
ここで、ｍ1 及びｍ2 は前記コアのマイクロベンド損失特性を記述する仮想曲げ半径Ｒμ の関数で表される係数である（例えば、非特許文献４参照）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光ファイバ及び光ファイバケーブルによれば、複数のコアを同一クラッド内に任意に配置した構造を有する光ファイバにおいて、所望のマイクロベンド損失特性を実現し、かつクラッドの断面積を最小とし、光配線空間の利用効率の改善を可能とするといった効果を奏する。また、クラッド断面積の最小化は、即ち単位断面積当たりのコアの充填密度を最大化することを可能とするため、限られた空間で取り扱い可能となるコア数の最大化、更には空間多重度の向上による伝送容量の拡大にも効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ファイバの概略断面図
【図２】光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と閉じ込め損失との関係を表す図
【図３】光ファイバにおけるクラッド外周までの最小距離と閉じ込め損失及びマイクロベンド損失との関係を表す図
【図４】光ファイバにおける最小距離偏差Δｄと最小許容曲げ半径Ｒ* の関係を示す図
【図５】本願の低損失高密度光ファイバにおける最小距離偏差Δｄがゼロとなる最小許容曲げ半径Ｒ* とマイクロベンド損失αμ との関係について仮想曲げ半径Ｒμ をパラメータとして示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光ファイバ及びこれを用いた光ファイバケーブルの一実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態を示す光ファイバの概略断面図である。本実施形態の光ファイバは、屈折率が均一なクラッド１と、クラッド１内に任意に配置された複数のコア２とを有する。ここで、コア１の直径を２ａ、任意のコア中心からクラッド１の外周までの最小距離をｄとして定義する。図１では、一例として７個のコア２が等間隔に六角格子状に配置された形態を示しているが、例えば、八角格子状や直線状など任意の配列形態を取ることが可能である。また、配列されるコアは必ずしも同一のコア半径や比屈折率差を有する必要はない。また、隣接するコア２間の距離も任意に設定することが可能である。以下では、コア２がクラッド１に対する比屈折率差がΔであるステップ型の屈折率分布を有する場合について説明する。
【００１４】
図２は本実施形態の光ファイバにおけるクラッド外周までの距離ｄと波長１６２５ｎｍにおける閉じ込め損失αc との関係を表す図である。図中の実線、点線、及び一点鎖線は、それぞれ直径２ａと比屈折率差Δの異なるコア構造を用いた場合の結果を表す。表１に各コア構造（コアの構造パラメータ）を示す。
【００１５】
【表１】
2012255936.tif 000004
【００１６】
ここで、コアＡは、波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおいて、０．１ｄＢ／１００巻き以下の曲げ損失特性を実現することができる。これは、非特許文献５に規格化された通常の１．３μｍ帯零分散単一モード光ファイバの曲げ損失特性を満たす。一方、コアＢ、Ｃ及びＤは、波長１６２５ｎｍにおいて、それぞれ曲げ半径１５ｍｍで１ｄＢ／１０巻き以下、曲げ半径１５ｍｍで０．１ｄＢ／１０巻き以下、及び曲げ半径５ｍｍで０．４５ｄＢ／１巻き以下の、より好ましい低曲げ損失特性を実現することができる。
【００１７】
図２より、いずれのコアを用いた場合も閉じ込め損失はクラッド外周までの距離ｄの減少に伴い増加することが分かる。従って、例えば許容する閉じ込め損失の上限を０．０１ｄＢ／１００ｋｍとする場合、コアＡ、Ｃ及びＤにおけるクラッド外周までの距離ｄは、それぞれ５１μｍ、４４μｍ及び３６μｍに制限されることとなる。
【００１８】
図３は本実施形態の光ファイバにおけるクラッド外周までの距離ｄと波長１６２５ｎｍにおける閉じ込め損失αc もしくはマイクロベンド損失αμ との関係を表す図である。なお、図３はコアＢ及びＤを用いた場合の特性を示し、図中の実線及び破線は、それぞれ閉じ込め損失及びマイクロベンド損失を表す。また、図３のマイクロベンド損失特性は、仮想曲げ半径Ｒμ を一例として４０ｍｍとした。図３より、閉じ込め損失及びマイクロベンド損失の許容上限を１０-3ｄＢ／ｋｍとする場合、コアＢを用いた本実施形態の光ファイバにおけるクラッド外周までの距離ｄは、マイクロベンド損失の増加により約４７μｍに制限されることが分かる。一方、コアＤを用いた本実施形態の低損失高密度光ファイバの場合、閉じ込め損失及びマイクロベンド損失によるクラッド外周までの距離ｄ制限は概ね等しいことが分かる。即ち、本実施形態の光ファイバにおいて、コアの曲げ損失特性を所望の特性以下とするよう、コアの直径２ａ及び比屈折率差Δを設定することにより、マイクロベンド損失によるクラッド外周までの距離制限を、閉じ込め損失による距離制限と同等以下まで縮小することが可能となる。ここで、閉じ込め損失及びマイクロベンド損失によるクラッド外周までの最小距離を、それぞれｄ(αc )及びｄ(αμ )とし、両者の偏差を最小距離偏差Δｄとして以下の式（２）に定義する。
【００１９】
【数２】
2012255936.tif 000005
【００２０】
図４に前記最小距離偏差Δｄと最小許容曲げ半径Ｒ* の関係を示す。図中の実線及び破線は、それぞれαc もしくはαμ の要求条件を１０-4及び１０-2ｄＢ／ｋｍとした場合の結果を示す。また、図中、上側の実線及び破線の特性は仮想曲げ半径Ｒμ を４０ｍｍとした場合の結果、下側の実線及び破線の特性は仮想曲げ半径Ｒμ を６０ｍｍとした場合の結果を示す。ここで、最小許容曲げ半径Ｒ* は、任意の構造を有する光ファイバにおいて、波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ｋｍとなる曲げ半径として定義した。即ち、Ｒ* の低減に伴い光ファイバコアの曲げ損失特性がより改善されることとなる。図４より、Δｄ＝０となる条件（図中の丸印）、即ちマイクロベンド損失による最小距離制限が閉じ込め損失による制限と同等以下となる条件は、αc もしくはαμ の要求条件、並びにＲμ 条件に依存して変化することが分かる。ここで、Δｄ＜０となる場合、クラッド外周までの最小距離ｄの決定要因は閉じ込め損失特性のみに限定することが可能となる。従って、当該領域ではマイクロベンド損失の影響を無視し、閉じ込め損失による最小距離ｄまでのクラッド径の縮小が可能となる。
【００２１】
図５に最小距離偏差Δｄ＝０となる最小許容曲げ半径Ｒ* とマイクロベンド損失αμ との関係について、仮想曲げ半径Ｒμ をパラメータとして計算した結果を示す。図５より、最小距離偏差Δｄをゼロとする最小許容曲げ半径Ｒ* は、マイクロベンド損失αμ の累乗の関数として以下の式（３）で近似できることが分かる。
【００２２】
【数３】
2012255936.tif 000006
【００２３】
ここで、ｍ1 及びｍ2 は仮想曲げ半径Ｒμ の関数で表される係数で、それぞれ以下の式（４）及び（５）で記述される。
【００２４】
【数４】
2012255936.tif 000007
【００２５】
【数５】
2012255936.tif 000008
【００２６】
従って、本願の低損失高密度光ファイバにおいて、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａを用いて決定される最小許容曲げ半径Ｒ* と、前記仮想曲げ半径Ｒμ との関係を、前記式（３）〜（５）を満たすようにすることにより、所望のマイクロベンド損失αμ と、曲げ損失特性αb とを満たし、かつクラッド外周までの距離ｄを最小とすることが可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態では、ステップ型の屈折率分布を有するコアを一例として説明したが、任意の屈折率分布を有するコアの曲げ損失αb 及び最小許容曲げ半径Ｒ* は、等価ステップ型の屈折率分布を仮定することにより導出できる（例えば、非特許文献６参照）。従って、本願の低損失高密度光ファイバでは、任意の屈折率分布を有するコアを適用することも可能である。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の光ファイバによれば、クラッド外周に最も近接して配置されるコアの比屈折率差Δと直径２ａを用いて決定される最小許容曲げ半径Ｒ* と、マイクロベンド損失特性を記述する仮想曲げ半径Ｒμ とが、前記式（３）〜（５）を満たすようにすることにより、所望のマイクロベンド損失αμ と、曲げ損失特性αb とを満たし、かつクラッド外周までの距離ｄを最小とすることが可能となる。
【００２９】
この低損失高密度光ファイバ心線を、例えば、複数本撚り合わせて、その外周に複数枚のテープ状材料をケーブルの長手方向に直線状に配置、またはらせん状に巻きつけて光ケーブルコアを構成し、その外周に外被材料を施した光ファイバケーブルとすることで、高密度な光ファイバケーブルを作製することができる。
【００３０】
更に、高密度の光ファイバケーブルの場合には、この低損失高密度光ファイバ心線を、例えば、複数本ストレートまたは撚り合わせて、その外周に着色された糸などを巻き光ファイバユニットを形成し、この光ファイバユニットを複数本撚り合わせ、その外周に複数枚のテープ状材料をケーブルの長手方向に直線状に配置、またはらせん状に巻きつけて光ケーブルコアを構成し、その外周に外被材料を施した光ファイバケーブルとすることで、多数の光ファイバテープを実装しても着色された糸を用いて光ファイバユニットを識別することが可能となり、心線識別性に優れ、接続作業を容易に行うことが可能な光ファイバケーブルを作製することができる。
【００３１】
また、この低損失高密度光ファイバ心線を、複数スロットロッド内に収容したのちに押さえ巻きを施して光ケーブルコアを形成し、その外周に外被を施したことを特徴とする光ファイバケーブルとすることで、多数の光ファイバテープを実装してもスロットごとに光ファイバテープを識別することが可能となり、心線識別性に優れ、接続作業を容易に行うことが可能な、光ファイバケーブルを作製することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…クラッド、２…コア。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】K. Imamura, et al., in Proc. OFC’09, OTuC3 (2009).
【非特許文献２】B. Zhu, et al., Opt. Express, 18, p. 11117 (2010).
【非特許文献３】K. Kitayama, et al., J. Lightwave Technol., LT-1, p. 363 (1983).
【非特許文献４】K. Furuya, and Y. Suematsu, Appl. Opt., 19, p. 1493 (1980)
【非特許文献５】ITU-T, Recommendation G.652.
【非特許文献６】M. Ohashi, et al., J. Lightwave Technol, LT-3, p.110 (1985).
【図１】
2012255936.tif 000013
【図２】
2012255936.tif 000014
【図３】
2012255936.tif 000015
【図４】
2012255936.tif 000016
【図５】
2012255936.tif 000017