(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、コイル束状態に巻かれた前記光ファイバを収納する収納ケースと、前記収納ケース内に充填された充填材とを備えた光ファイバコイルにおいて、
前記充填材の前記光ファイバに接する部分が液状部とされていて、
前記液状部の外側が弾性固体部とされていて、前記弾性固体部及び前記液状部は同一素材であってそれぞれの硬化度が異なり、
前記光ファイバが被覆層を有しており、前記被覆層に前記充填材の硬化を阻害する硬化阻害物質が含有されていることを特徴とする光ファイバコイル。
【請求項２】
前記充填材に硬化反応用触媒として白金が含有され、前記被覆層に前記硬化阻害物質としてイソシアネート化合物が含有さ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コイル。
【請求項３】
前記光ファイバが波長分散補償光ファイバであることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散補償器、モード分散補償器、光増幅器、光ファイバジャイロなどの光学機器に用いられる光ファイバコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器、波長分散補償器、モード分散補償器、光ファイバジャイロなどの光学機器に用いられる光ファイバコイルとしては、特開平10-123342号公報に記載のものなどが知られている。光ファイバコイルは、その光経路上で光信号に対して所望の作用を発揮する。例えば、光増幅器に用いられる光ファイバコイルは、エルビウムをドーピングしたEDF(Erbium Doped optical-Fiber)をコイル化したもので、光ファイバの光経路上で光信号を増幅させる。
【０００３】
ここで、光を増幅させるためには、ある程度の長さのEDFが必要となるので、光増幅器の内部に効率よく収納するにはEDFをコイル束状態にするのがよい。このため、光ファイバをコイル束状態にした光ファイバコイルが用いられる。光増幅器以外の波長分散補償器、モード分散補償器、光ファイバジャイロなどの他の光学部品に用いられる光ファイバコイルについても同様である。従来の光ファイバコイルは、ボビンに光ファイバを巻き付けて構成されるのが一般的であった。
【０００４】
しかし、巻き重ねられた光ファイバには張力が残っており、これがもとでマイクロベンドロスが発生する。また、ボビンと光ファイバとの線膨張係数の違いにより、光ファイバにボビン変形による応力がかかるため、伝送損失が温度によって変化してしまう。そこで、上述した公報に記載のもののように様々な工夫を施し、ボビンレスの光ファイバコイルやこれと同等の効果が得られるボビンの構造なども検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの様々な工夫によっても、光ファイバの微小な曲げによって発生する曲げ損失（マイクロベンドロス）を完全に除去することはできない。そこで、さらなる伝送特性の向上のための改良が要望されていた。本発明の目的は、伝送特性の安定した光ファイバコイルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ファイバコイルは、光ファイバと、コイル束状態に巻かれた光ファイバを収納する収納ケースと、収納ケース内に充填された充填材とを備えた光ファイバコイルにおいて、充填材の光ファイバに接する部分が液状部とされていて、液状部の外側が弾性固体部とされていて、弾性固体部及び液状部は同一素材であってそれぞれの硬化度が異なり、光ファイバが被覆層を有しており、被覆層に充填材の硬化を阻害する硬化阻害物質が含有されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の光ファイバコイルは、請求項１に記載の発明において、充填材に硬化反応用触媒として白金が含有され、被覆層に硬化阻害物質としてイソシアネート化合物が含有されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の光ファイバコイルは、請求項２に記載の発明において、光ファイバが波長分散補償光ファイバであることを特徴としている。なお、ここに言う波長分散補償光ファイバ(Dispersion Compensation optical-Fiber:以下、DCFとも言う)は、シングルモード光ファイバなどの伝送路用光ファイバに対して逆符号の波長分散特性を持つ光ファイバで、光伝送路の波長分散を相殺させることができる光ファイバである。通常は、DCFは、モジュール化してDCFM(Dispersion Compensation optical-Fiber Module)として用いられる光ファイバである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバコイルの実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明に係る光ファイバコイルの実施形態を示す断面図であり、図２は、その蓋８２を取り外した状態の平面図である。本実施形態の光ファイバコイルは、波長分散補償光ファイバ(Dispersion Compensation optical-Fiber:以下、DCFとも言う)によるDCFM(Dispersion Compensation optical-Fiber Module)として用いられているものである。DCFは、シングルモード光ファイバなどの伝送路用光ファイバと逆符号の波長分散特性を持つ光ファイバで、光伝送路の波長分散を相殺させることができる光ファイバである。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、本実施形態の光ファイバコイルは、矩形の底面を有する収納ケース８０内に、巻き歪みが実質的に解放されてコイル束状態にされた光ファイバ３２が収納されている。光ファイバ３２の両端は、それぞれピグテールファイバ４５に融着部分４４で接続されている。収納ケース８０内には、光ファイバ３２を包み込むように充填材８４が充填されている。収納ケース８０には蓋８２が取り付けられて、密封されている。
【００１５】
なお、上述したコイル束状の光ファイバ３２の巻き歪みが実質的に解消された状態とは、巻き取りに伴う波長1.55μmまたは1.60μmの波長帯における伝送損失増加を0.1dB/km以上低減させた状態を指すものとする。本実施形態の光ファイバ３２は、ボビンに巻回された後に、ボビンから外されてコイル束状態にされたものである。ボビンから取り外して巻きほぐした状態の光ファイバ３２の伝送損失増加は、特開平10-123342号公報に開示されているようにほとんど解消され、巻き歪みが解消されれば、それに伴う伝送損失も解消されるからである。
【００１６】
充填材８４は、液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとからなる。光ファイバ３２に接する部分が液状又は半液状の液状部８４ａとされ、この液状部８４ａの外側がある程度の弾性を有する弾性固体部８４ｂとされている。ここに言う液状又は半液状とは、光ファイバ３２が内部で自由にその位置を変更することができる状態を言い、位置を変更した後にその液状又は半液状の部分から元の位置に戻される力を実質的に受けない状態をいう。
【００１７】
本実施形態の液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとは同一素材によって形成されているが、その硬化度が異なる。上述した光ファイバコイルの製造においては、コイル束状の光ファイバ３２を、収納ケース８０の内部に充填された液状又は半液状の充填材８４内に埋没させ、その後充填材８４を硬化させる。あるいは、予め収納ケース８０の内部にコイル束状の光ファイバ３２を載置してから収納ケース８０内に充填材を充填し、その後充填材８４を硬化させる。
【００１８】
この際、光ファイバ３２の周囲の硬化度をその外側よりも小さくすることによって、上述した液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとを形成させる。なお、図１には、便宜上、液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとの境界を明確に示したが、本実施形態においては、液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとの境界は、明確に形成されたものではなく、徐々に硬化度が変化しているような境界である。
【００１９】
図３は、光ファイバ３２の断面図であり、図４は、その屈折率プロフィールを示す図である。図３に示されるように、この光ファイバ３２は、その中心にコア及びクラッドからなるガラス部分１１を有し、ガラス部分１１の周囲に二層の紫外線硬化型樹脂によって形成された被覆層１３，１５を有している。
【００２０】
ガラス部分１１は、コアの径ａが2.7μm、ディプレスト部の径ｂが6.6μmの二重クラッド型DCFであり〔図４参照〕、その外径ｃは120μm、一次被覆層１３の厚みｄは15μm、二次被覆層１５の厚みｅも15μmであり、光ファイバ３２全体の外径ｆは180μmであった。クラッド部の屈折率に対するコア部、ディプレスト部それぞれの屈折率の増減であるΔ+、Δ-は、それぞれ、1.9%、-0.4%である。このDCFの波長分散、波長分散傾斜は、それぞれ波長1.55μmで-120ps・nm-1・km-1、-0.28ps・nm-2・km-1であり、伝送損失は0.40dB/kmである。
【００２１】
この波長分散値及び波長分散傾斜値は、この光ファイバコイルに対して接続される伝送路用光ファイバのものと逆符号とされている。即ち、本実施形態の光ファイバコイルを用いることによって、伝送路の光ファイバによって生じた波長分散を補償できる。また、波長帯伝送用としては波長分散傾斜を逆符号とすることにより、波長帯にわたり波長分散を補償することができる。
【００２２】
充填材８４としては、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、あるいはシリコンオイル等のオイルなどが使用できる。上述したように、ここでは、充填材８４の硬化度を変えることによって液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとを形成させている。硬化度を変える手法について以下に説明する。
【００２３】
充填材８４には、硬化反応用の触媒として白金を含有させている。そして、この白金触媒の機能は、イソシアネート化合物によって阻害される。即ち、イソシアネート化合物を硬化阻害物質として利用することができる。本実施形態においては、光ファイバ３２の外側の二次被覆層１５にこのイソシアネート化合物を含有させてある。なお、イソシアネート化合物は、光ファイバ３２の二次被覆層１５だけでなく、一次被覆層１３にも含有されていても構わない。
【００２４】
このようにすることによって、充填材８４の光ファイバ３２に接する部分が二次被覆層１５に含有されたイソシアネート化合物によって硬化が阻害され、液状部８４ａが形成される。光ファイバ３２からある程度離れた部分は、二次被覆層１５に含有されたイソシアネート化合物によって硬化を阻害されることなく、通常通り硬化され、弾性固体部８４ｂが形成される。このように液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとに同一の素材を用い、その硬化度を変えることによって液状部８４ａと弾性固体部８４ｂとを形成するようにすれば、光ファイバコイルの製造をより効率的に行うことができる。
【００２５】
また、ここで、光ファイバ３２の二次被覆層１５に硬化阻害物質を含有させておくことで、液状部８４ａを形成させたい部分の硬化度だけを容易に低くすることができ、光ファイバコイルの製造上非常に好都合である。また、このとき、本実施形態においては、充填材８４に硬化反応用触媒として白金を含有させておき、硬化阻害物質としてイソシアネート化合物を用いている。このように、硬化反応用触媒とその触媒作用を打ち消す硬化阻害物質という組み合わせは、光ファイバコイルの充填材８４の硬化過程を有効に利用しており、好適に液状部８４ａを形成させることができる。
【００２６】
コイル束状態の光ファイバ３２を通常の接着剤や樹脂で光ファイバを固定すると、硬化時の樹脂のヤング率は500N/mm2以上に達するため、光ファイバ３２に過大な押圧力がかかって、それに伴う曲げ歪みが発生して好ましくない。このように光ファイバ３２の周囲に液状部８４ａを形成させてることによって、光ファイバコイルを構成する光ファイバ３２に曲げ歪みを加えるような過大な押圧力を及ぼすことなく、光ファイバを確実に固定することが可能である。
【００２７】
また、光ファイバ３２は、液状部８４ａの内部で拘束されにくい状態となっている。このため、光ファイバ３２と充填材８４（弾性固体部８４ｂ）との熱膨張率が異なっていても、光ファイバ３２は液状部８４ａの内部である程度位置を変化せることができ、温度変化によって光ファイバ３２に外力が加わるのを防止できる。即ち、本実施形態の光ファイバコイルは、優れた温度特性をも有している。その効果を確認するため、-20〜70℃の各6時間保持5サイクルの熱サイクル試験を行った。-20℃での5回の損失測定値と70℃での5回の損失測定値の計10の損失測定値の最大値と最小値との差を損失変動量として算出した。その結果、損失変動量は、測定波長1600nmのときに0.1dB/kmであった。
【００２８】
上述したものとの比較を行うために、光ファイバ３２の周囲に液状部８４ａを形成させずに完全に充填材８４を硬化させたものを用いて、同様の測定を行った。その結果、損失変動量は、測定波長1600nmのときに1.2dB/kmであった。この結果から明らかなように、本実施形態の光ファイバコイルは、非常に優れた温度特性を有していることが分かる。
【００２９】
なお、硬化後の弾性固体部８４ｂは、JIS K 2220に規定される貯蔵ちょう度が測定温度-40℃〜100℃の全範囲で5〜200の範囲内にある物質となる。なお、-40℃〜100℃の温度範囲は、光ファイバコイルの実用使用温度である。光ファイバ３２には、液状部８４ａを形成させることによって過大な力が加わることを防止できるが、光ファイバ３２と弾性固体部８４ｂとが接触する可能性もあるので、弾性固体部８４ｂに上述した物性値を持たせることで、より一層光ファイバ３２への外力の負荷を防止することができる。
【００３０】
このとき、弾性固体部８４ｂの貯蔵ちょう度が5未満であると、光ファイバ３２のマイクロベンドによる長波長側損失が大きくなりすぎ、実用に向かない。また、貯蔵ちょう度が200を超えるようであると、弾性固体部８４ｂによって液状部８４ａの形状及びその内部の光ファイバ３２のコイル状の形態を保持できないので、使用しているうちに液状部８４ａが維持できなくなったり、コイル束状態が巻き崩れるなどして伝送特性を安定化させることができない。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、収納ケースの形態は、上述した実施形態のものに限定されず、ドーナツ型や底面が平面ではなく曲面となっているものなどでもよい。また、請求項１に記載の発明に関しては、液状部が形成されればその製造方法は上述した実施形態のような製造方法によらなくても良い。例えば、コイル状にした光ファイバ全体をオイル中に浸して光ファイバの周囲にオイルを付着させ、これを通常通り充填材でモールドしても良い。あるいは、充填材のベース剤や硬化剤の調合量を変化させて液状部となる未硬化状態を作りやすくするという手法もある。
【００３２】
また、液状部の形成形態も、図１に示されるように、光ファイバのごく近傍のみが液状部となっていても良いし、コイル状の光ファイバ全体を収納し得る一つの大きなドーナツ状の液状部が形成されても良い。さらに、上述した実施形態の光ファイバコイルは、波長分散補償光ファイバ(DCF)を用いたものであったが、その他の光ファイバを用いたものであってもよい。例えば、シングルモード光ファイバ、波長分散シフト光ファイバ、ＮＺ型波長分散シフト光ファイバ、エルビウム添加光ファイバ又は偏波保持光ファイバなどを用いた光ファイバコイルであってもよい。
【００３３】
シングルモード光ファイバ(Single Mode optical-Fiber:SMFとも言う)は、1.3μmの波長帯域で光信号の伝送を行うことを主目的に設計された光ファイバである。この光ファイバを用いて1.55μmの波長帯域で光信号の伝送を行うと波長分散という現象を起こす。この波長分散は、波長分散補償光ファイバをモジュール化したもの(DCFM)などで補償される。これとは反対に、SMFは、上述したDCFなどによって負の波長分散となった光信号をそれ自身の正の波長分散で補償する場合などにも用いられる。この場合、使用にあたってはモジュール化される場合がある。
【００３４】
波長分散シフト光ファイバ(Dispersion Shifted optical-Fiber:DSFとも言う)は、1.55μmの波長帯域で光信号の伝送を行うことを主目的に設計されて光ファイバである。1.55μmの波長帯域に対する波長分散値が零であるという特性を有している。DSFは、ラマン散乱励起用光ファイバとして用いられる場合がある。使用にあたってはモジュール化される場合がある。
【００３５】
ＮＺ型波長分散シフト光ファイバ(Non Zero Dispersion Shifted optical-Fiber:NZ-DSFとも言う)は、上述したDSFの場合に起こる非線形現象を低減するため、波長分散が零となる波長を1.55μmから多少ずらして設計した光ファイバである。NZ-DSFは、ラマン散乱励起用光ファイバとして用いられる場合がある。
【００３６】
エルビウム添加光ファイバ(Erbium Doped optical-Fiber:EDFとも言う)は、コアにエルビウムイオンを添加した光ファイバである。波長0.98μm，1.48μmの光を吸収した状態で1.53〜1.61μmの波長帯域の信号光を入射させると誘導放出を起こし、信号光のパワーを増幅させることができる。通常は、モジュール化された形態で、光アンプ(Erbium Doped optical-Fiber Amplifier:以下、EDFAとも言う)などとして利用される。
【００３７】
偏波保持光ファイバ(Polarization Maintaining optical-Fiber:PMFとも言う)は、直線偏波を保持したまま伝送する光ファイバであり、光ファイバジャイロや偏波モード分散補償器などに利用される。通常は、モジュール化してPMFM(Polarization Maintaining optical-Fiber Module)として用いる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の光ファイバコイルは、本発明の光ファイバコイルは、光ファイバと、コイル束状態に巻かれた光ファイバを収納する収納ケースと、収納ケース内に充填された充填材とを備えており、充填材の光ファイバに接する部分が液状又は半液状の液状部とされているので、光ファイバに外力が加わるのを抑止でき、光ファイバコイルの伝送特性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバコイルの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明の光ファイバコイルの一実施形態（蓋を外した状態）の平面図である。
【図３】本発明の光ファイバコイルの一実施形態に用いられる光ファイバの断面図である。
【図４】図３の光ファイバの断面方向の屈折率差を示す模式図である。
【符号の説明】
１１…ガラス部分、１３…一次被覆層、１５…二次被覆層、３２…光ファイバ、４４…融着部分、４５…ピグテールファイバ、８０…収納ケース、８２…蓋、８４…充填材、８４ａ…液状部、８４ｂ…弾性固体部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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