(57)【要約】  細径であるとともにマイクロベンド損失の増加が抑制された光ファイバを得ることを目的とする。光ファイバは、石英系ガラスからなるコア部と、前記コア部の外周を覆い、前記コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する石英系ガラスからなるクラッド部と、前記クラッド部の外周を覆うコーティング部と、を備え、前記クラッド部の外径は１００μｍ以下であり、前記コア部の比屈折率差Δ１が０．５％以下であり、前記コーティング部の厚さは１０μｍ以上である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系ガラスからなるコア部と、
前記コア部の外周を覆い、前記コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する石英系ガラスからなるクラッド部と、
前記クラッド部の外周を覆うコーティング部と、
を備え、
前記クラッド部の外径は１００μｍ以下であり、
前記コア部の比屈折率差Δ１は０．５％以下であり、
前記コーティング部の厚さは１０μｍ以上であることを特徴とする光ファイバ。  
【請求項２】
前記コーティング部は、前記クラッド部側に位置するプライマリコーティング層と、前記プライマリコーティング層の外周側に位置するセカンダリコーティング層とを有し、前記プライマリコーティング層の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記プライマリコーティング層の厚さが３０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッド部の外径が９５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項５】
波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２で定義される規格に準拠する特性を有しかつクラッド部の外周に厚さが６２．５μｍの樹脂コーティング部を有する標準光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失の１０倍以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記マイクロベンド損失は、研磨紙法にて測定した値であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
ステップ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項８】
Ｗ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項９】
トレンチ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．０μｍから１０．０μｍまでの範囲内であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が９μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記コア部の比屈折率差Δ１が０．２５％以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
データコムやテレコムの分野において、高密度光ファイバケーブルを実現する光ファイバとして、細径の光ファイバが注目されている。ここで、細径光ファイバとは、主に光ファイバのガラスからなる部分を細径化したものであり、クラッド径が細径のものである。ただし、クラッド径が細径化されたことによって、クラッド部の外周を覆うように形成されたコーティング部を含む外径が細径化されたものも細径光ファイバに含まれる。【０００３】
従来、細径の光ファイバとして、クラッド部に対するコア部の比屈折率差を高くした構成が開示されている（非特許文献１）。非特許文献１の光ファイバは、比屈折率差を高くしているので、その特性が、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５２で定義される標準的なシングルモード光ファイバの規格（以下、Ｇ．６５２規格）に準拠するものではない。また、細径の光ファイバとして、比屈折率差が−０．０８％以上のトレンチ層を設けた構成が開示されている（特許文献１）。特許文献１の光ファイバは、Ｇ．６５２規格に準拠するものであり、そのクラッド径（ファイバ径）は１００μｍ〜１２５μｍ程度である。また、細径の光ファイバとして、プライマリコート層とセカンダリコート層とをコーティング部として有し、セカンダリコーティング層を２５μｍ以下にした構成が開示されている（特許文献２）。特許文献２の光ファイバは、ファイバ径は１２５μｍであるが、コーティング厚を小さくすることによって細径化を実現している。【０００４】
また、特許文献３には、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）が１３０μｍ２以上と比較的大きい光ファイバにて、マイクロベンド損失を抑制する構成が開示されている。特許文献３の光ファイバは、プライマリコーティング層の外径が１８５μｍ以上２２０μｍ以下であり、セカンダリコーティング層の外径が２２５μｍ以上２６０μｍ以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１９０２９７号
【特許文献２】特開平５−１９１４４号公報
【特許文献３】特開２０１５−２１９２７１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】村瀬  他、「細径クラッドファイバの開発」、昭和電線レビュー、ｖｏｌ．５３、Ｎ０．１（２００３）、ｐｐ．３２−３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、石英系ガラスからなる光ファイバにおいて、クラッド径を細径化、たとえば１００μｍ以下にした場合には、その細径化が光ファイバのマイクロベンド損失に影響を及ぼし、マイクロベンド損失が増加すると考えられる。特に、マイクロベンド損失の増加は、最も実用化されている光ファイバである、Ｇ．６５２規格に準拠する特性、またはそれに近い特性を有する光ファイバにおいて重要である。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、細径であるとともにマイクロベンド損失の増加が抑制された光ファイバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバは、石英系ガラスからなるコア部と、前記コア部の外周を覆い、前記コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有する石英系ガラスからなるクラッド部と、前記クラッド部の外周を覆うコーティング部と、を備え、前記クラッド部の外径は１００μｍ以下であり、前記コア部の比屈折率差Δ１は０．５％以下であり、前記コーティング部の厚さは１０μｍ以上であることを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コーティング部は、前記クラッド部側に位置するプライマリコーティング層と、前記プライマリコーティング層の外周側に位置するセカンダリコーティング層とを有し、前記プライマリコーティング層の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記プライマリコーティング層の厚さが３０μｍ以下であることを特徴とする。【００１２】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記クラッド部の外径が９５μｍ以下であることを特徴とする。【００１３】
本発明の一態様に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失が、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２で定義される規格に準拠する特性を有しかつクラッド部の外周に厚さが６２．５μｍの樹脂コーティング部を有する標準光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失の１０倍以下であることを特徴とする。【００１４】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記マイクロベンド損失は、研磨紙法にて測定した値であることを特徴とする。【００１５】
本発明の一態様に係る光ファイバは、ステップ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。【００１６】
本発明の一態様に係る光ファイバは、Ｗ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。【００１７】
本発明の一態様に係る光ファイバは、トレンチ型の屈折率プロファイルを有することを特徴とする。【００１８】
本発明の一態様に係る光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．０μｍから１０．０μｍまでの範囲内であることを特徴とする。【００１９】
本発明の一態様に係る光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が９μｍ以上であることを特徴とする。【００２０】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記コア部の比屈折率差Δ１が０．２５％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれは、細径であるとともにマイクロベンド損失の増加が抑制された光ファイバを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるステップ型の屈折率プロファイルの模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるＷ型の屈折率プロファイルの模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施形態に係る光ファイバにおいて用いることができるトレンチ型の屈折率プロファイルの模式図である。
【図３】図３は、センタコアΔと、モードフィールド径または限界ファイバ径との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、有効コア断面積と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、プライマリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
【００２４】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ１は、略中心に位置するコア部１ａと、コア部１ａの外周を覆うクラッド部１ｂと、クラッド部１ｂの外周を覆うコーティング部１ｃとを備えている。
【００２５】
コア部１ａとクラッド部１ｂとは、いずれも石英系ガラスからなる。たとえば、コア部１ａは、ゲルマニウム（Ｇｅ）やフッ素（Ｆ）などの屈折率調整用のドーパントが添加された石英ガラスからなる。クラッド部１ｂは、コア部１ａの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。クラッド部１ｂは、たとえば屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。
【００２６】
クラッド部１ｂの外径（クラッド径）は、１００μｍ以下、好ましくは１００μｍ未満であり、Ｇ．６５２規格に準拠するシングルモード光ファイバのクラッド径である約１２５μｍよりも細径化されている。なお、クラッド径は９５μｍ以下であることが細径化の観点からはより好ましい。以下、Ｇ．６５２規格に準拠するシングルモード光ファイバを標準光ファイバとして標準ＳＭＦと記載する場合がある。このような標準ＳＭＦは、通常はクラッド部の外周に厚さが約６２．５μｍの樹脂コーティング部を有している。したがって、樹脂コーティング部の外径は約２５０μｍとなる。
【００２７】
光ファイバ１は、たとえば図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示すような屈折率プロファイルを有する。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃはいずれも、光ファイバ１のコア部１ａの中心軸から半径方向における屈折率プロファイルを示している。
【００２８】
図２Ａは、ステップ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ａにおいて、プロファイルＰ１１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ１２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。なお、屈折率プロファイルは、クラッド部１ｂに対する比屈折率差で示している。ステップ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａの直径（コア径）は２ａであり、クラッド部１ｂに対するコア部１ａの比屈折率差はΔ１である。
【００２９】
図２Ｂは、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ｂにおいて、プロファイルＰ２１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ２２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。Ｗ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコア部と、センタコア部の外周を囲んでおり、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂのディプレスト層とで構成されている。クラッド部１ｂに対するセンタコア部の比屈折率差はΔ１である。クラッド部１ｂに対するディプレスト層の比屈折率差はΔ２である。
【００３０】
図２Ｃは、いわゆるトレンチ型の屈折率プロファイルを示している。図２Ｃにおいて、プロファイルＰ３１がコア部１ａの屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ３２がクラッド部１ｂの屈折率プロファイルを示す。トレンチ型の屈折率プロファイルでは、コア部１ａは、直径が２ａのセンタコア部と、センタコア部の外周を囲んでおり、屈折率がセンタコア部の屈折率よりも小さく内径が２ａで外径が２ｂの中間層と、中間層の外周を囲んでおり、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が２ｂで外径が２ｃのトレンチ層とで構成されている。中間層に対するセンタコア部の比屈折率差はΔ１である。クラッド部１ｂに対する中間層の比屈折率差はΔ２である。なお、Δ２は、通常は０％またはその近傍、たとえば−０．２％〜０．２％の間の範囲に設定される。クラッド部１ｂに対するトレンチ層の比屈折率差はΔ３である。
【００３１】
図１に戻って、コーティング部１ｃは、たとえば樹脂からなり、光ファイバ１のガラス部分を保護する機能を有する。コーティング部１ｃは、たとえばＵＶ硬化樹脂等からなり、１層または２層以上の層構造を有する。コーティング部１ｃが２層構造の場合、コーティング部１ｃは、クラッド部側に位置するプライマリコーティング層と、プライマリコーティング層の外周側に位置するセカンダリコーティング層とからなる。コーティング部１ｃに用いられるＵＶ硬化樹脂としては、たとえばウレタンアクリレート系、ポリブタジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系などがあるが、光ファイバのコーティングに使用されるものであれば特に限定されない。
【００３２】
コーティング部１ｃは、１層構造の場合は、ヤング率が１０〜８００ＭＰａの程度であり、本実施形態では２００ＭＰａである。一方、コーティング部１ｃが２層構造の場合は、プライマリコーティング層のヤング率は０．２〜１．５ＭＰａの程度であり、本実施形態では０．５ＭＰａである。セカンダリコーティング層のヤング率は５００〜２０００ＭＰａの程度であり、本実施形態では１０００ＭＰａである。
【００３３】
コーティング部１ｃの厚さは１０μｍ以上であり、特に２層構造の場合はプライマリコーティング層の厚さが１０μｍ以上である。
【００３４】
本実施形態に係る光ファイバ１は、上記構成を備えることによって、クラッド部１ｂが１００μｍ以下と細径であるとともに、マイクロベンド損失の増加が抑制されたものとなる。したがって、光ファイバ１は、高密度光ファイバケーブルの実現に好適なものである。
【００３５】
以下、具体的に説明する。本発明者らは、マイクロベンド損失の増加が抑制された細径光ファイバを実現するために、以下のような検討を行った。
【００３６】
まず、細径光ファイバを実現するためには、リーケージ損失（漏れ損失）が小さいことが重要である。リーケージ損失は、たとえば波長１６２５ｎｍにて０．００１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制されていることが好ましい。また、細径光ファイバを標準ＳＭＦと光接続した際に接続損失を抑制するためには、細径光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が９μｍ以上であることが好ましい。そこで、図２に例示する３種の屈折率プロファイルの場合に、図２に示す屈折率プロファイルに関するパラメータの様々な組み合わせに対してシミュレーション計算を行ない、各組み合わせにおける光ファイバの光学特性を算出した。そして、リーケージ損失が波長１６２５ｎｍにて０．００１ｄＢ／ｋｍ以下とできる最小のクラッド径（限界ファイバ径）と、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとを、シミュレーション計算によって調査した。なお、限界ファイバ径が小さい程、光ファイバの細径化に適したパラメータの組み合わせといえる。
【００３７】
表１は、図２に示したパラメータであるΔ１、Δ２、Δ３、ｂ／ａ、ｃ／ａについて、シミュレーション計算に用いた値の範囲を示している。なお、２ａは、６．５μｍから１０μｍまでの範囲内の値とした。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
図３は、上記計算結果に基づく、センタコアΔと、ＭＦＤまたは限界ファイバ径との関係の一例を示す図である。ここで、センタコアΔはΔ１を意味する。また、図３では、シミュレーション計算の結果においてカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であったデータのみをプロットしている。また、図３では、白四角または黒菱形の凡例で示したデータ点について、データ点の輪郭が重なっている部分では輪郭の図示を省略している。また、図３では、屈折率プロファイルによって凡例を区別していないので、屈折率プロファイルによらない傾向を示しているといえる。
【００４０】
図３から明らかなように、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤを９μｍ以上にする場合には、屈折率プロファイルによらず、センタコアΔ（Δ１）を０．５％以下にすることが好ましい。また、限界ファイバ径を１００μｍ以下にする場合には、センタコアΔを０．２５％以上にすることが好ましく、限界ファイバ径を９５μｍ以下にする場合には、センタコアΔを０．３％以上にすることが好ましい。したがって、Δ１は０．５％以下が好ましく、０．２５％以上が好ましく、０．３％以上がより好ましい。なお、細径光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤを１０．５μｍ以下程度とし、標準ＳＭＦのＭＦＤとの差を小さくする観点からも、Δ１は０．２５％以上が好ましい。このように２つ光ファイバのＭＦＤの差を小さくすることによって、２つ光ファイバの接続特性等の適合性が確保される。
【００４１】
なお、細径光ファイバのＭＦＤを近づけ、適合性を高くする対象の光ファイバとしては、標準ＳＭＦの他に、たとえば以下の光ファイバが例示できる。すなわち、ＩＴＵ−ＴのＧ．６５４規格に準拠する光ファイバ(いわゆるカットオフシフト光ファイバ)やＧ．６５７規格に準拠する光ファイバ(いわゆる曲げ耐性光ファイバ)などである。したがって、細径光ファイバの特性としては、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤが８．０μｍから１０．０μｍまでの範囲内であることも好ましい。なお、Ｇ．６５２規格では、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤは８．６μｍから９．５μｍまでの範囲内である。
【００４２】
つづいて、マイクロベンド損失の検討結果について説明する。通常、光ファイバの伝送損失は、光ファイバケーブルとされた状態では増加する。このときの伝送損失の増加量はマイクロベンド損失と密接な関係があり、マイクロベンド損失が大きいと増加量も大きい。
【００４３】
細径光ファイバのマクロベンド損失を検討する上で、まず、現在、海底光ケーブルなどの用途で実用化されている、Ａｅｆｆが大きい光ファイバ（Ａｅｆｆ拡大光ファイバとも呼ばれる）におけるマイクロベンド損失の程度を検討した。
【００４４】
図４は、標準ＳＭＦおよび幾つかのＡｅｆｆ拡大光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＡｅｆｆと、規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。ここで、規格化マイクロベンド損失とは、或る光ファイバのマイクロベンド損失を、標準ＳＭＦのマイクロベンド損失で規格化した値である。なお、標準ＳＭＦのＡｅｆｆは約８０μｍ２であり、標準ＳＭＦ自身の規格化マイクロベンド損失は１である。なお、標準ＳＭＦは、クラッド部の外周に厚さが約６２．５μｍの２層構造の樹脂コーティング部を有しているものとする。
【００４５】
細径光ファイバのマイクロベンド損失についても、実用化されている、Ａｅｆｆが１５０μｍ２程度までのＡｅｆｆ拡大光ファイバのマイクロベンド損失程度に抑制することが、実用上好ましい。したがって、図４からわかるように、規格化マイクロベンド損失は１０以下が好ましく、５以下がより好ましい。すなわち、細径光ファイバのマイクロベンド損失は、標準ＳＭＦの１０倍以下が好ましく、５倍以下がより好ましい。なお、図４に示すマイクロベンド損失は、ＪＩＳ  Ｃ６８２３：２０１０_１０で規定された固定径ドラム法（研磨紙法の一種）で測定されたものである。
【００４６】
以上の検討結果をもとに、屈折率プロファイルをステップ型、Ｗ型、またはトレンチ型に設定して、各プロファイルにおけるΔ１等の設計パラメータをシミュレーション計算にて最適化した。ここで、最適化とは、Ｇ．６５２規格、Ｇ．６５４規格、またはＧ．６５７規格で規定される光ファイバに対する適合性を最適化することを意味する。このシミュレーション計算結果に基づき、クラッド径を７５μｍから１００μｍまでの範囲の異なる値とした複数の細径光ファイバを作製した。なお、コーティング部については、プライマリコーティング層とセカンダリコーティング層との２層構造とした。プライマリコーティング層のヤング率は０．５ＭＰａとし、セカンダリコーティング層のヤング率は１０００ＭＰａとした。セカンダリコーティング層の厚さは１２０μｍとし、プライマリコーティング層の厚さは５μｍから３０μｍまでの範囲の異なる値とした。そして、作製したこれらの細径光ファイバのマイクロベンド損失を、固定ドラム径法にて測定した。
【００４７】
図５は、上記測定におけるプライマリ厚と規格化マイクロベンド損失との関係の一例を示す図である。ここで、プライマリ厚とはプライマリコーティング層の厚さである。図５に示すように、規格化マイクロベンド損失を１０以下にするには、プライマリ厚を１０μｍ以上とする必要がある。つまり、コーティング部の厚さは１０μｍ以上とする必要がある。また、プライマリ厚が３０μｍであれば、規格化マイクロベンド損失を１程度とできるので、プライマリ厚は３０μｍ以下でもよい。また、セカンダリコーティング層の厚さと規格化マイクロベンド損失との間にはあまり相関がなく、プライマリ厚が重要であることも確認された。
【００４８】
なお、上記実施形態では、屈折率プロファイルとしてステップ型、Ｗ型、トレンチ型を例示しているが、セグメントコア型やＷ＋サイドコア型などのその他の屈折率プロファイルについても適用できる。
【００４９】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る光ファイバは、データコムやテレコムなどの光通信分野に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  光ファイバ
１ａ  コア部
１ｂ  クラッド部
１ｃ  コーティング部
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２  プロファイル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2020090742.tif 000012
2020090742.tif 000013
2020090742.tif 000014