光ファイバ、光ファイバテープおよび光インターコネクションシステム
【課題】曲げ損失及び接続損失がともに低減され、曲げによる破断確率が小さい、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバを提供すること。
【解決手段】本発明による光ファイバは、設計の最適化により、波長１１００ｎｍにおけるMFDを拡大しつつ、波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とする。また、本発明による光ファイバは、曲げによる損失増加が低減され、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。また、本発明による光ファイバは、クラッド径を縮小させ、４０μｍ〜９０μｍとすることにより、曲げ応力が加わった際の破断確率が低減され、かつ配線のフレキシビリティが向上されることを特徴とする。
【解決手段】本発明による光ファイバは、設計の最適化により、波長１１００ｎｍにおけるMFDを拡大しつつ、波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とする。また、本発明による光ファイバは、曲げによる損失増加が低減され、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。また、本発明による光ファイバは、クラッド径を縮小させ、４０μｍ〜９０μｍとすることにより、曲げ応力が加わった際の破断確率が低減され、かつ配線のフレキシビリティが向上されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバに関し、詳細には、機器内光配線用光ファイバ、それを用いた光ファイバテープおよび光インターコネクションに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機器内の信号伝送に用いられる方式としては、電気伝送方式及び光インターコネクション方式の二種類がある。近年のＣＰＵクロック周波数の高速化に伴い、電気伝送方式においては、高密度配線によるクロストークの発生が問題となり、波形成形技術等の適用が必要となってきている。この結果、機器内での信号伝送方式として電気伝送方式を適用した場合には、伝送距離１００ｍ及び伝送速度１０Ｇｂｐｓ程度が伝送限界となることが分かってきている。一方、機器内での信号伝送方式として光インターコネクション方式を適用すれば、電気伝送方式と比較して遥かに広帯域な伝送を行うことが可能であるとともに、小型かつ低消費電力の光部品を使用した信号伝送システムを構築できる。このため、光インターコネクション方式は、電気伝送方式に代わる機器内信号伝送技術として現在注目されている。
【０００３】
光インターコネクション方式には、光伝送手段として光導波回路を用いた方式や光ファイバを用いた方式があるが、機器内で使用される全ての光部品はできるだけ省スペース収納可能であることが望ましいことから、フレキシブルな配線が可能であり、かつ低損失な光伝送が可能である光ファイバは光インターコネクションに適した光部品の一つと位置づけられている。
【０００４】
従来、短距離光伝送用の光ファイバとしては、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）が使用されてきた。通常、ＭＭＦはシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の１０倍程度のコア径を有し、その開口数の大きさにより、光ファイバと光源等との間の接続に際して高い精度を必要としないため、容易な接続を可能にする。特に、発振波長８５０ｎｍの面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を光源とし、マルチモード光ファイバの一種であるグレーデッドインデックス光ファイバを光伝送媒体とする手法は頻繁に用いられている。グレーデッドインデックス光ファイバは、コア領域の屈折率分布形状を最適化することにより、モード分散の影響を抑制した光ファイバである。精密に屈折率分布形状を制御したグレーデッドインデックス光ファイバは、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、距離１００ｍ程度の高速光通信が可能である。しかし、さらなる長距離伝送、あるいはさらなる高速伝送を行うことを目的として、広帯域なＳＭＦの適用が検討されはじめている。このような場合に適用される光源として、近年、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザの研究が進められている。このレーザは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有し、発振閾値が低く、温度特性が良好であり、また、１０Ｇｂｐｓでの直接変調ができる可能性があるなどの特長を有しており、ＬＡＮ等の用途の光源として注目されつつある。発振波長は変化させることが可能であり、現在までに、１１００ｎｍ及び１２００ｎｍの双方について研究開発が行われており、学会発表等がなされている。例えば、非特許文献１及び非特許文献２においては、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸レーザを光源として使用し、ＳＭＦを介して伝送を行うことが開示されている。ＳＭＦを用いた場合、伝送速度４０Ｇｂｐｓ程度の高速光通信が可能になる。
【０００５】
【非特許文献１】Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、“１．２μｍ ｈｉｇｈｌｙ ｓｔｒａｉｎｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｄａｔａｌｉｎｋ”、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１３、ｐｐ．１０７９−１０８１、Ｊｕｎｅ、１９９９．
【非特許文献２】Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、“Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ １．２−μｍ Ｕｎｃｏｏｌｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ Ｌａｓｅｒ ｆｏｒ Ｇｂ／ｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ” 、ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．２、ｐｐ．１２５−１２７、Ｆｅｂｒｕａｒｙ、２０００．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
曲げ損失及び接続損失がともに低減され、高速光伝送を可能とし、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバの実現に対する要求がある。また、小さな曲げ径で引き回すことができ、曲げによる破断確率が小さく、また余長を収納することが可能であるような光ファイバの実現に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記要求に対応するため、本発明は、近年開発が行われている発振波長１１００ｎｍ〜１２００ｎｍのＶＣＳＥＬを用いた光インターコネクションシステムの構築に適したＳＭＦを提供する。
【０００８】
本発明による光ファイバは、コア及びクラッドが石英系ガラスからなり、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤを拡大しつつ、波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とする。
【０００９】
また、本発明による光ファイバは、曲げによる損失増加が低減され、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による光ファイバは、クラッド径を縮小させ、４０μｍ〜９０μｍとすることにより、曲げ応力が加わった際の破断確率が低減され、かつ配線のフレキシビリティが向上されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、αが１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が０％であり、第３コアの比屈折率差（Δ３）が−０．２％以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、αが１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下、第３コアの比屈折率差（Δ３）が０．２％以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の光ファイバを複数個平行に並べることによって形成された光ファイバテープを提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、上記の光ファイバ及びＶＣＳＥＬを使用した、通信波長１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光インターコネクションシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れたシングルモード光ファイバが提供される。また、高速光インターコネクションを実現するシステムおよびそのようなシステムにおける使用に適したシングルモード光ファイバが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＳＭＦのコア径は通常５〜１０μｍ程度であり、５０〜６２．５μｍ程度のコア径を有するＭＭＦと比較するとコア径が非常に小さいため、光ファイバと光源等との間での高精度な接続が必要であるという欠点がある。また、光インターコネクションによる機器内通信システムを構築する場合、光ファイバやＶＣＳＥＬなどの光部品はコネクタ等を用いた１０箇所近くの空間結合によって接続されることが想定される。光部品を空間結合によって接続する場合、接続部品間において光軸のずれが生じ、接続損失が発生する。そのために、たとえ部品間のＭＦＤが同程度であっても、軸ずれによって接続損失は誘起されてしまう。また、接続部品間のＭＦＤ差が大きいほど、軸ずれ時の結合効率の低下が著しく、軸ずれ量に対する接続損失は大きくなる傾向がある。
【００１８】
例えば、同種のＳＭＦ同士の接続において、軸ずれに対する波長１５５０ｎｍにおける接続損失を計算した結果を図１に示す。軸ずれは、光ファイバと光源、光ファイバと受光部、または光ファイバ同士の接続損失の低減のために重要なパラメータである。現状では、製造誤差による軸ずれの最大値は１μｍ程度になり得るため、最悪値設計の観点から１μｍの軸ずれを許容できるよう考慮した損失設計が必要である。
【００１９】
図１を参照すると、ＭＦＤが４μｍの場合、軸ずれ１μｍに対して１．１ｄＢ程度の接続損失が生じる。光源であるＶＣＳＥＬと受光器との間で接続点が１０箇所存在し、各接続点における軸ずれが１μｍであることを仮定した場合、軸ずれによる接続損失は最大１１ｄＢ生じることになる。ＶＣＳＥＬの出力光パワーが−３ｄＢｍ、受光器の受信感度が−１６ｄＢｍ、光ファイバ長５０ｃｍ程度以下の典型的な光インターコネクションシステムを構築することを仮定すると、光ファイバにおける曲げ部以外の伝送損失は０．０１ｄＢ以下と小さいため、このシステムのダイナミックレンジは約１３ｄＢとなる。しかしながら、実際には、接続点においては上記の軸ずれによる損失１１ｄＢだけではなく、角度ずれによる接続損失も生じ得るので、上記の仮定の場合には、システムのダイナミックレンジ１３ｄＢに対してほとんどマージンがない。従って、４μｍ程度以下のＭＦＤを有するＳＭＦを適用して上記のような光インターコネクションシステムを構成することは困難である。
【００２０】
一方、機器内光配線に石英系光ファイバを用いた場合、該光ファイバには、フレキシブルな配線が可能であって且つコンパクトに収納できることが求められる。一方、高速光インターコネクションシステムの構築を想定した場合、光ファイバの伝送損失は限りなく零であることが望ましい。つまり、光インターコネクション用光ファイバには、配線時に曲率半径の非常に小さい曲げが光ファイバに加わったとしても、曲げ損失が生じないことが要求される。実際に機器内光配線形態を想定した場合、配線後の光ファイバには最終的に曲率半径１ｍｍ程度の曲げが数箇所加わることが想定される。そこで、配線取りまわし時の局所的な曲げが加わった場合や最悪値設計の観点から必要な曲げ損失許容値を考えた場合、曲率半径１ｍｍの曲げが１ターン加わった場合に曲げ損失が１ｄＢ以下であれば、十分に良好な曲げ損失特性であり、フレキシブル光配線が可能であるといえる。なお、本明細書では、曲げが形成されている部分（屈曲部）の数え方に「ターン」を用い、光ファイバが３６０度屈曲した場合に１ターンと数える。例えば、９０度の屈曲部が４箇所ある場合を１ターン、９０度の屈曲部が２箇所ある場合を１／２ターンというように用いる。
【００２１】
例えば、通常のＳＭＦにおいては、曲率半径５ｍｍ、１ターンの曲げが加えられた場合、波長１５５０ｎｍにおいて３０ｄＢ近い曲げ損失が生じる。さらに、曲率半径１ｍ、１ターンの曲げが加えられた場合には６０ｄＢ以上もの曲げ損失が生じる。例えば、上述したダイナミックレンジ１３ｄＢのシステムにおいては、曲げ損失による損失増加のマージンはたかだか２ｄＢであり、光ファイバの取り回しにより曲率半径１ｍｍの局所的な曲げが２ターン程度生じるような配線状態を考慮すると、１ターン当たり１ｄＢ程度以下という非常に小さな曲げ損失が要求されるため、このようなシステムの構築に際して通常のＳＭＦを適用することはできない。また、通常の単峰型プロファイルを有するＳＭＦにおいては、曲げ損失の抑制とＭＦＤの拡大とはトレードオフの関係にあるため、曲げ損失及び接続損失を同時に改善することはできない。
【００２２】
さらに、機器内光配線形態を想定した場合、コンパクトに収納されることが要求され、機器内の様々な箇所で、前述した曲げ半径１ｍｍ程度の曲げ以外に、チップ-チップ間の配線のたわみ等による曲げ半径５ｍｍ程度の曲率半径の小さい曲げが加わることが考えられる。曲げ半径１ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所に関しては、熱処理等が施され、歪を開放させる処置がとられるが、機器内の様々な箇所で発生する曲げ半径５ｍｍ程度の曲げに対しては、そのような処置がとられない。したがって、光ファイバに曲げ半径５ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所において、曲げ部位に生じる応力歪みによって光ファイバが破断してしまうことが懸念される。したがって、曲げによる破断確率を低減する必要がある。
【００２３】
一般的に、クラッド径が大きいほど、光ファイバを曲げた時の歪が大きくなり、破断確率が大きくなる。例えば、光ファイバを用いた光インターコネクションシステムを構築した場合において、光ファイバに曲率半径５ｍｍ程度の角度９０度の曲げが２０箇所程度加わることを想定する。スクリーニングレベルを２％、被覆材との間の疲労係数を２２、製品寿命を５年とすると、光ファイバのクラッド径が１２５μｍの場合の故障率は５．５となる。しかし光ファイバのクラッド径を９０μｍにした場合の故障率は０．０４となり、１２５μｍの場合の０．７％程度にまで低減できる。システム設計上、故障率は０．０５以下になることが好ましい。通常の光ファイバにおいては、曲げによる破断率の低減に対する要求はそれほど強くないが、光インターコネクションシステムに適用される光ファイバのように小径に曲げられる場合には、上記のように小径巻きつけによる破断率を低減させることによる効果は大きい。
【００２４】
一般的に、ＳＭＦにおいては、ＭＦＤに対して１０倍程度以下のクラッド径を有する場合に損失に悪影響を与えると言われている。このため、４μｍ以上のＭＦＤを必要とする本用途の光ファイバでは、少なくとも４０μｍ以上のクラッド径が必要となる。
【実施例１】
【００２５】
図２に示すようなＷ型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第２コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＡに示す。表１において、α１は、第１コアの屈折率分布の形状を表すα値であり、以下の式（１）中のαで定義される。
ｎ2(ｒ)＝ｎc12｛１−２・（Δ１／１００）・（２ｒ／ａ）α｝ （１）
但し、０＜ｒ＜ａ／２
ここで、ｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、ｎc1は第１コアの最大屈折率であり、ａは第１コアの直径である。
【００２６】
また、Δ１及びΔ２は、それぞれ、クラッドに対する第１コアの比屈折率差、及びクラッドに対する第２コア２の比屈折率差であり、下記式（２）及び（３）で示される。
Δ１＝｛（ｎc1−ｎc）／ｎc1｝・１００ （２）
Δ２＝｛（ｎc2−ｎc）／ｎc2｝・１００ （３）
ここで、ｎc1は第１コアの最大屈折率、ｎc2は第２コア２の最小屈折率、ｎcはクラッドの屈折率である。
【００２７】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．１μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ半径１ｍｍでの曲げ損失は０．８ｄＢ／ターンであった。さらに、図２に示すＷ型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＡ１〜Ａ６に示す。表１のＡ及びＡ１〜Ａ６において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ａ、Ａ２、Ａ４及びＡ６である。従って、これらのシミュレーション結果から、図２に示すようなＷ型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を−０．２％以下とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【００２８】
上記の本発明による光ファイバと比較すべく、波長１１００ｎｍにおいて曲げ半径１ｍｍ、１．０ｄＢ／ターンの低曲げ損失特性を有する、図３に示すような単峰型プロファイルの光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。計算された特性を表１のファイバＢに示す。波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤは３．９μｍとなった。
【実施例２】
【００２９】
図４に示すようなＷセグメント型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第２コア）、３層目にゲルマニウムをドープしたセグメント層（第３コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＣに示す。Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、下記式（４）で示される。
Δ３＝｛（ｎc3−ｎc）／ｎc3｝・１００ （４）
ここで、ｎc3はＷセグメント型プロファイルにおける第３コアの最大屈折率である。
【００３０】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．２μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ径１ｍｍでの曲げ損失は０.９ｄＢ／ターンであった。さらに、図４に示すＷセグメント型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＣ１〜Ｃ８に示す。表１のＣ及びＣ１〜Ｃ８において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ｃ、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６及びＣ８である。従って、これらのシミュレーション結果から、図４に示すようなＷセグメント型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を−０．２％以下、第３コアの比屈折率差（Δ３）を０．２％以上とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【実施例３】
【００３１】
図５に示すような擬似Ｗ型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にシリカ層（第２コア）、３層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第３コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＤに示す。上記実施例２と同様、Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、式（４）で示される。この場合、式（４）中のｎc3は擬似Ｗ型プロファイルにおける第３コアの最小屈折率である。
【００３２】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．０μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ径１ｍｍでの曲げ損失は０.７ｄＢ／ターンであった。さらに、図５に示す擬似Ｗ型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＤ１〜Ｄ６に示す。表１のＤ及びＤ１〜Ｄ６において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ｄ、Ｄ２、Ｄ４及びＤ６である。従って、これらのシミュレーション結果から、図５に示すような擬似Ｗ型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を０％、第３コアの比屈折率差（Δ３）を−０．２％以下とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【００３３】
単峰型プロファイルを有するＳＭＦでは、コア径を変化させてカットオフ波長を決定すると、コア形状に殆ど依存することなく、ＭＦＤが同程度の光ファイバは同程度の曲げ損失を示す。しかし、第１コアの外周に第２コアとしてディプレスト層を設けたＷ型プロファイルなどにおいては、単峰型プロファイルと同等の曲げ損失、カットオフ波長でＭＦＤを変化させることができる。これは、ディプレスト層を設けることで、中央コアの比屈折率差（Δ）を大きくしてもカットオフ波長が長波長にシフトせず、コア径を小さくする必要が無いからである。また、第２コアとしてディプレスト層を設けた場合、第１コアの形状がＭＦＤに大きく影響する。第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が小さい程光の閉じ込め効果が小さくなり、ＭＦＤが大きくなる。一方、ＭＦＤは、ディプレスト層のΔの大きさ、或いは幅には影響されない。
【実施例４】
【００３４】
光インターコネクションに光ファイバを用いる場合、光ファイバをテープ化することで光伝送体をマルチチャンネル化し、高速光通信を行うことが想定される。通常石英系光ファイバの仕様はクラッド径１２５μｍに対し、被覆後外径２５０μｍであり、光ファイバを複数本平行に並べて相互に接合した光ファイバテープのピッチとしては、２５０μｍであるのが一般的である。光ファイバの外径を細くした細径光ファイバにおいては、被覆径も細径化するので、従来の光ファイバテープよりも狭いピッチの光ファイバテープ作製が可能となる。したがって、前述したクラッド径４０〜９０μｍの細径光ファイバを用いることが好ましい。細径光ファイバを用いた狭いピッチの光ファイバテープは、配線のフレキシビリティが高く、かつ省スペース収納が可能であり、光インターコネクションに適した光部品となる。
【００３５】
上述した実施例１〜３における計算結果に示されるように、本発明の光ファイバは波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とし、かつ、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れている。このような本発明の光ファイバを用いた光ファイバテープを伝送媒体として適用し、光源として発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを使用した光インターコネクションシステムの構成例を図６に示す。図６に示す光インターコネクションシステムは、バックボード３と、該バックボード３にコネクタ接続部４によって接続されたプリント基板２とを備える。プリント基板２上には、光Ｉ／Ｏ１が実装され、該光Ｉ／Ｏ１は、上述した細径光ファイバテープ５を介してコネクタ接続部４と接続される。これによりプリント基板２とバックボード３と間での光接続が果たされる。細径光ファイバテープ５は、バックボード３上にも配置されており、これにより、光インターコネクションシステム同士の光接続が可能となる。
【実施例５】
【００３６】
実施例１（表１のファイバＡ）の光ファイバを実際に製造した。なお、クラッド径は８０μｍとした。製造された光ファイバの詳細な屈折率プロファイル及び光学特性値を表２に示す。ほぼシミュレーション通りの特性を有する光ファイバが得られた。
【００３７】
ファイバＡはＷ型プロファイルを有しており、一般的に、長波長ほどＭＦＤは大きくなり、実効屈折率は小さくなる。そのため、波長１２００ｎｍにおけるＭＦＤは波長１１００ｎｍにおける値よりも大きくなるが、曲げ損失は波長１１００ｎｍの場合の方が小さい。曲げ損失のロスマージンを５ｄＢとすると、使用波長が１１００ｎｍの場合には曲率半径１ｍｍの曲げが５ターンまでは許容できる。一方、使用波長が１２００ｎｍの場合には曲率半径１ｍｍの曲げが４ターンまでは許容できる。
【００３８】
さらに、表２の光ファイバを用いて光ファイバテープを作製し、発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬ及び本発明の光ファイバを用いた、図６と同様の構造の光インターコネクションシステムを実際に構築した。ＶＣＳＥＬの出力光パワーは−３ｄＢｍ、受光器の受信感度は−１６ｄＢｍであり、システムのダイナミックレンジ（曲げ損失と接続損失との和におけるロスマージン）は１３ｄＢである。
【００３９】
図７に示すように、クラッド１１の径を８０μｍ、１次被覆樹脂１２の外径を１０５μｍ、２次被覆樹脂１３の外径を１２５μｍとした。さらに、図８に示すように、ピッチＰ１２５μｍにて１２本平行に並べ、これを被覆樹脂２１にて覆うことによりこれら光ファイバ１０を接合して、細径光ファイバテープ２０を作製した。被覆樹脂２１が薄肉化されることによる損失増加量と、省スペース化の両要素を考慮に入れ被覆径Ｈ（厚さＨ）を１７０μｍとした。ピッチＰが１２５μｍとされた光ファイバテープ２０は従来の半分のサイズであり、非常にフレキシビリティが高く、また機器内において省スペース収納が可能である。被覆樹脂２１の材料としては紫外線硬化樹脂を用いている。
【００４０】
ピッチＰはクラッド１１の径が４０μｍ、被覆外径とクラッド外径との差を２０μｍの細径光ファイバ１０を用いれば６０μｍまで小さくすることができる。
【００４１】
光ファイバテープ２０の仕上がり寸法は、幅Ｗが１．５５ｍｍ、厚さＨが０．１７ｍｍとなった。接続相手となる光源のＶＣＳＥＬをピッチ１２５μｍ、１２チャンネルにアレイ化することで、作製したファイバテープ２０による一括光接続が可能となる。この構成においては、ＶＣＳＥＬを直接変調することで、１００Ｇｂｐｓを超える超高速光通信が実現される。
【００４２】
本実施例においては発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用したが、上述した本発明の実施例に係る光ファイバは波長１１００ｎｍにおいてもシングルモード伝送が可能であり、発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用した場合にも、光インターコネクションシステムを同様に構築できることは、当業者には明らかである。
【実施例６】
【００４３】
本実施例では、被覆樹脂２１の材料となる紫外線硬化樹脂として難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて、難燃テープ心線を作製した。ここで用いた難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、例えば次のように作製した。樹脂中に臭素、塩素などのハロゲン系添加剤、さらに三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモンなどのアンチモン化合物、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムといった金属水和物、またリン酸エステルなどのリン化合物を加えることや、紫外線硬化樹脂を構成するプレポリマや、アクリルモノマー自体を臭素や塩素でハロゲン化し、さらにリンを含ませるなどして紫外線硬化樹脂の難燃化を検討した。これらの方法のなかで、臭素系難燃剤を加える方法が特に難燃化に有効であった。
【００４４】
このようにして組成変更することにより難燃化が実現する理由としては、分解反応による生成物が樹脂の表面を覆うとか、燃える際に発生する分解ガスが空気との間に遮断層を形成するためと考えられる。また、ハロゲン含有化合物からのラジカルが燃焼の継続を阻止することや、さらに、架橋により樹脂が３次元化することなどが考えられる。
【００４５】
テープ化用の紫外線硬化樹脂として難燃剤として水酸化アルミニウムを含む紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂をもちいて得られた光ファイバテープを、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験により評価した。その結果、ファイバに着火した炎は平均３．２秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。本実施例では、難燃紫外線硬化樹脂を用いたが、難燃紫外線硬化樹脂の代わりに難燃熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【実施例７】
【００４６】
光ファイバ被覆樹脂のすべてまたは一部、及びテープ被覆樹脂を難燃紫外線硬化樹脂にすることで高い難燃性を得ることを検討した。その結果、少なくとも光ファイバのセカンダリ樹脂とテープ用樹脂に難燃剤を含む紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて得られた光ファイバテープにより、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験において、着火した炎は平均２．６秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。
【００４７】
また、ＵＬ１５８１規格垂直燃焼試験を行った結果、炎は平均５．７秒で自然に消火した。また、燃焼している滴下物もなく、前記ＵＬ規格を満足することができた。また、素線の状態で垂直燃焼試験を行った結果、炎は平均７．６秒で自然に消火し、素線、テープ心線の両方の状態で充分な難燃性を有していた。本実施例では難燃紫外線硬化樹脂を用いたが、難燃紫外線硬化樹脂の代わりに難燃熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】同種のシングルモード光ファイバ同士の接続において、軸ずれに対する波長１５５０ｎｍにおける接続損失を計算した結果を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバのＷ型プロファイルを示す図である。
【図３】従来の光ファイバの単峰型プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の光ファイバのＷセグメント型プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の光ファイバの擬似Ｗ型プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の光ファイバを使用した光インターコネクションシステムの構成例を示す図である。
【図７】本発明の光ファイバの断面図である。
【図８】本発明の光ファイバテープの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光Ｉ／Ｏ
２ プリント基板
３ バックボード
４ コネクタ接続部
５ 細径光ファイバテープ
１０ 光ファイバ
１１ クラッド
１２ １次被覆樹脂
１３ ２次被覆樹脂
２０ 光ファイバテープ
２１ テープ用被覆樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバに関し、詳細には、機器内光配線用光ファイバ、それを用いた光ファイバテープおよび光インターコネクションに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機器内の信号伝送に用いられる方式としては、電気伝送方式及び光インターコネクション方式の二種類がある。近年のＣＰＵクロック周波数の高速化に伴い、電気伝送方式においては、高密度配線によるクロストークの発生が問題となり、波形成形技術等の適用が必要となってきている。この結果、機器内での信号伝送方式として電気伝送方式を適用した場合には、伝送距離１００ｍ及び伝送速度１０Ｇｂｐｓ程度が伝送限界となることが分かってきている。一方、機器内での信号伝送方式として光インターコネクション方式を適用すれば、電気伝送方式と比較して遥かに広帯域な伝送を行うことが可能であるとともに、小型かつ低消費電力の光部品を使用した信号伝送システムを構築できる。このため、光インターコネクション方式は、電気伝送方式に代わる機器内信号伝送技術として現在注目されている。
【０００３】
光インターコネクション方式には、光伝送手段として光導波回路を用いた方式や光ファイバを用いた方式があるが、機器内で使用される全ての光部品はできるだけ省スペース収納可能であることが望ましいことから、フレキシブルな配線が可能であり、かつ低損失な光伝送が可能である光ファイバは光インターコネクションに適した光部品の一つと位置づけられている。
【０００４】
従来、短距離光伝送用の光ファイバとしては、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）が使用されてきた。通常、ＭＭＦはシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の１０倍程度のコア径を有し、その開口数の大きさにより、光ファイバと光源等との間の接続に際して高い精度を必要としないため、容易な接続を可能にする。特に、発振波長８５０ｎｍの面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を光源とし、マルチモード光ファイバの一種であるグレーデッドインデックス光ファイバを光伝送媒体とする手法は頻繁に用いられている。グレーデッドインデックス光ファイバは、コア領域の屈折率分布形状を最適化することにより、モード分散の影響を抑制した光ファイバである。精密に屈折率分布形状を制御したグレーデッドインデックス光ファイバは、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、距離１００ｍ程度の高速光通信が可能である。しかし、さらなる長距離伝送、あるいはさらなる高速伝送を行うことを目的として、広帯域なＳＭＦの適用が検討されはじめている。このような場合に適用される光源として、近年、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザの研究が進められている。このレーザは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有し、発振閾値が低く、温度特性が良好であり、また、１０Ｇｂｐｓでの直接変調ができる可能性があるなどの特長を有しており、ＬＡＮ等の用途の光源として注目されつつある。発振波長は変化させることが可能であり、現在までに、１１００ｎｍ及び１２００ｎｍの双方について研究開発が行われており、学会発表等がなされている。例えば、非特許文献１及び非特許文献２においては、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸レーザを光源として使用し、ＳＭＦを介して伝送を行うことが開示されている。ＳＭＦを用いた場合、伝送速度４０Ｇｂｐｓ程度の高速光通信が可能になる。
【０００５】
【非特許文献１】Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、“１．２μｍ ｈｉｇｈｌｙ ｓｔｒａｉｎｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｄａｔａｌｉｎｋ”、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１３、ｐｐ．１０７９−１０８１、Ｊｕｎｅ、１９９９．
【非特許文献２】Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、“Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ １．２−μｍ Ｕｎｃｏｏｌｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ Ｌａｓｅｒ ｆｏｒ Ｇｂ／ｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ” 、ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．２、ｐｐ．１２５−１２７、Ｆｅｂｒｕａｒｙ、２０００．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
曲げ損失及び接続損失がともに低減され、高速光伝送を可能とし、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバの実現に対する要求がある。また、小さな曲げ径で引き回すことができ、曲げによる破断確率が小さく、また余長を収納することが可能であるような光ファイバの実現に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記要求に対応するため、本発明は、近年開発が行われている発振波長１１００ｎｍ〜１２００ｎｍのＶＣＳＥＬを用いた光インターコネクションシステムの構築に適したＳＭＦを提供する。
【０００８】
本発明による光ファイバは、コア及びクラッドが石英系ガラスからなり、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤを拡大しつつ、波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とする。
【０００９】
また、本発明による光ファイバは、曲げによる損失増加が低減され、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による光ファイバは、クラッド径を縮小させ、４０μｍ〜９０μｍとすることにより、曲げ応力が加わった際の破断確率が低減され、かつ配線のフレキシビリティが向上されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、αが１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が０％であり、第３コアの比屈折率差（Δ３）が−０．２％以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ファイバは、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、αが１．５以上であり、第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下、第３コアの比屈折率差（Δ３）が０．２％以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の光ファイバを複数個平行に並べることによって形成された光ファイバテープを提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、上記の光ファイバ及びＶＣＳＥＬを使用した、通信波長１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光インターコネクションシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れたシングルモード光ファイバが提供される。また、高速光インターコネクションを実現するシステムおよびそのようなシステムにおける使用に適したシングルモード光ファイバが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＳＭＦのコア径は通常５〜１０μｍ程度であり、５０〜６２．５μｍ程度のコア径を有するＭＭＦと比較するとコア径が非常に小さいため、光ファイバと光源等との間での高精度な接続が必要であるという欠点がある。また、光インターコネクションによる機器内通信システムを構築する場合、光ファイバやＶＣＳＥＬなどの光部品はコネクタ等を用いた１０箇所近くの空間結合によって接続されることが想定される。光部品を空間結合によって接続する場合、接続部品間において光軸のずれが生じ、接続損失が発生する。そのために、たとえ部品間のＭＦＤが同程度であっても、軸ずれによって接続損失は誘起されてしまう。また、接続部品間のＭＦＤ差が大きいほど、軸ずれ時の結合効率の低下が著しく、軸ずれ量に対する接続損失は大きくなる傾向がある。
【００１８】
例えば、同種のＳＭＦ同士の接続において、軸ずれに対する波長１５５０ｎｍにおける接続損失を計算した結果を図１に示す。軸ずれは、光ファイバと光源、光ファイバと受光部、または光ファイバ同士の接続損失の低減のために重要なパラメータである。現状では、製造誤差による軸ずれの最大値は１μｍ程度になり得るため、最悪値設計の観点から１μｍの軸ずれを許容できるよう考慮した損失設計が必要である。
【００１９】
図１を参照すると、ＭＦＤが４μｍの場合、軸ずれ１μｍに対して１．１ｄＢ程度の接続損失が生じる。光源であるＶＣＳＥＬと受光器との間で接続点が１０箇所存在し、各接続点における軸ずれが１μｍであることを仮定した場合、軸ずれによる接続損失は最大１１ｄＢ生じることになる。ＶＣＳＥＬの出力光パワーが−３ｄＢｍ、受光器の受信感度が−１６ｄＢｍ、光ファイバ長５０ｃｍ程度以下の典型的な光インターコネクションシステムを構築することを仮定すると、光ファイバにおける曲げ部以外の伝送損失は０．０１ｄＢ以下と小さいため、このシステムのダイナミックレンジは約１３ｄＢとなる。しかしながら、実際には、接続点においては上記の軸ずれによる損失１１ｄＢだけではなく、角度ずれによる接続損失も生じ得るので、上記の仮定の場合には、システムのダイナミックレンジ１３ｄＢに対してほとんどマージンがない。従って、４μｍ程度以下のＭＦＤを有するＳＭＦを適用して上記のような光インターコネクションシステムを構成することは困難である。
【００２０】
一方、機器内光配線に石英系光ファイバを用いた場合、該光ファイバには、フレキシブルな配線が可能であって且つコンパクトに収納できることが求められる。一方、高速光インターコネクションシステムの構築を想定した場合、光ファイバの伝送損失は限りなく零であることが望ましい。つまり、光インターコネクション用光ファイバには、配線時に曲率半径の非常に小さい曲げが光ファイバに加わったとしても、曲げ損失が生じないことが要求される。実際に機器内光配線形態を想定した場合、配線後の光ファイバには最終的に曲率半径１ｍｍ程度の曲げが数箇所加わることが想定される。そこで、配線取りまわし時の局所的な曲げが加わった場合や最悪値設計の観点から必要な曲げ損失許容値を考えた場合、曲率半径１ｍｍの曲げが１ターン加わった場合に曲げ損失が１ｄＢ以下であれば、十分に良好な曲げ損失特性であり、フレキシブル光配線が可能であるといえる。なお、本明細書では、曲げが形成されている部分（屈曲部）の数え方に「ターン」を用い、光ファイバが３６０度屈曲した場合に１ターンと数える。例えば、９０度の屈曲部が４箇所ある場合を１ターン、９０度の屈曲部が２箇所ある場合を１／２ターンというように用いる。
【００２１】
例えば、通常のＳＭＦにおいては、曲率半径５ｍｍ、１ターンの曲げが加えられた場合、波長１５５０ｎｍにおいて３０ｄＢ近い曲げ損失が生じる。さらに、曲率半径１ｍ、１ターンの曲げが加えられた場合には６０ｄＢ以上もの曲げ損失が生じる。例えば、上述したダイナミックレンジ１３ｄＢのシステムにおいては、曲げ損失による損失増加のマージンはたかだか２ｄＢであり、光ファイバの取り回しにより曲率半径１ｍｍの局所的な曲げが２ターン程度生じるような配線状態を考慮すると、１ターン当たり１ｄＢ程度以下という非常に小さな曲げ損失が要求されるため、このようなシステムの構築に際して通常のＳＭＦを適用することはできない。また、通常の単峰型プロファイルを有するＳＭＦにおいては、曲げ損失の抑制とＭＦＤの拡大とはトレードオフの関係にあるため、曲げ損失及び接続損失を同時に改善することはできない。
【００２２】
さらに、機器内光配線形態を想定した場合、コンパクトに収納されることが要求され、機器内の様々な箇所で、前述した曲げ半径１ｍｍ程度の曲げ以外に、チップ-チップ間の配線のたわみ等による曲げ半径５ｍｍ程度の曲率半径の小さい曲げが加わることが考えられる。曲げ半径１ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所に関しては、熱処理等が施され、歪を開放させる処置がとられるが、機器内の様々な箇所で発生する曲げ半径５ｍｍ程度の曲げに対しては、そのような処置がとられない。したがって、光ファイバに曲げ半径５ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所において、曲げ部位に生じる応力歪みによって光ファイバが破断してしまうことが懸念される。したがって、曲げによる破断確率を低減する必要がある。
【００２３】
一般的に、クラッド径が大きいほど、光ファイバを曲げた時の歪が大きくなり、破断確率が大きくなる。例えば、光ファイバを用いた光インターコネクションシステムを構築した場合において、光ファイバに曲率半径５ｍｍ程度の角度９０度の曲げが２０箇所程度加わることを想定する。スクリーニングレベルを２％、被覆材との間の疲労係数を２２、製品寿命を５年とすると、光ファイバのクラッド径が１２５μｍの場合の故障率は５．５となる。しかし光ファイバのクラッド径を９０μｍにした場合の故障率は０．０４となり、１２５μｍの場合の０．７％程度にまで低減できる。システム設計上、故障率は０．０５以下になることが好ましい。通常の光ファイバにおいては、曲げによる破断率の低減に対する要求はそれほど強くないが、光インターコネクションシステムに適用される光ファイバのように小径に曲げられる場合には、上記のように小径巻きつけによる破断率を低減させることによる効果は大きい。
【００２４】
一般的に、ＳＭＦにおいては、ＭＦＤに対して１０倍程度以下のクラッド径を有する場合に損失に悪影響を与えると言われている。このため、４μｍ以上のＭＦＤを必要とする本用途の光ファイバでは、少なくとも４０μｍ以上のクラッド径が必要となる。
【実施例１】
【００２５】
図２に示すようなＷ型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第２コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＡに示す。表１において、α１は、第１コアの屈折率分布の形状を表すα値であり、以下の式（１）中のαで定義される。
ｎ2(ｒ)＝ｎc12｛１−２・（Δ１／１００）・（２ｒ／ａ）α｝ （１）
但し、０＜ｒ＜ａ／２
ここで、ｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、ｎc1は第１コアの最大屈折率であり、ａは第１コアの直径である。
【００２６】
また、Δ１及びΔ２は、それぞれ、クラッドに対する第１コアの比屈折率差、及びクラッドに対する第２コア２の比屈折率差であり、下記式（２）及び（３）で示される。
Δ１＝｛（ｎc1−ｎc）／ｎc1｝・１００ （２）
Δ２＝｛（ｎc2−ｎc）／ｎc2｝・１００ （３）
ここで、ｎc1は第１コアの最大屈折率、ｎc2は第２コア２の最小屈折率、ｎcはクラッドの屈折率である。
【００２７】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．１μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ半径１ｍｍでの曲げ損失は０．８ｄＢ／ターンであった。さらに、図２に示すＷ型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＡ１〜Ａ６に示す。表１のＡ及びＡ１〜Ａ６において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ａ、Ａ２、Ａ４及びＡ６である。従って、これらのシミュレーション結果から、図２に示すようなＷ型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を−０．２％以下とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【００２８】
上記の本発明による光ファイバと比較すべく、波長１１００ｎｍにおいて曲げ半径１ｍｍ、１．０ｄＢ／ターンの低曲げ損失特性を有する、図３に示すような単峰型プロファイルの光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。計算された特性を表１のファイバＢに示す。波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤは３．９μｍとなった。
【実施例２】
【００２９】
図４に示すようなＷセグメント型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第２コア）、３層目にゲルマニウムをドープしたセグメント層（第３コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＣに示す。Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、下記式（４）で示される。
Δ３＝｛（ｎc3−ｎc）／ｎc3｝・１００ （４）
ここで、ｎc3はＷセグメント型プロファイルにおける第３コアの最大屈折率である。
【００３０】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．２μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ径１ｍｍでの曲げ損失は０.９ｄＢ／ターンであった。さらに、図４に示すＷセグメント型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＣ１〜Ｃ８に示す。表１のＣ及びＣ１〜Ｃ８において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ｃ、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６及びＣ８である。従って、これらのシミュレーション結果から、図４に示すようなＷセグメント型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を−０．２％以下、第３コアの比屈折率差（Δ３）を０．２％以上とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【実施例３】
【００３１】
図５に示すような擬似Ｗ型プロファイルを有する、本発明によるシリカベース光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープしたコア（第１コア）、２層目にシリカ層（第２コア）、３層目にフッ素をドープしたディプレスト層（第３コア）が設けられている。各層についての詳細な設計値及び計算された特性を表１のファイバＤに示す。上記実施例２と同様、Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、式（４）で示される。この場合、式（４）中のｎc3は擬似Ｗ型プロファイルにおける第３コアの最小屈折率である。
【００３２】
波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤは５．０μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ径１ｍｍでの曲げ損失は０.７ｄＢ／ターンであった。さらに、図５に示す擬似Ｗ型プロファイルを有する光ファイバにおいて各パラメータ値を変化させたシミュレーション結果を表１のファイバＤ１〜Ｄ６に示す。表１のＤ及びＤ１〜Ｄ６において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが４μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ｄ、Ｄ２、Ｄ４及びＤ６である。従って、これらのシミュレーション結果から、図５に示すような擬似Ｗ型プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．５％以上、αを１．５以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を０％、第３コアの比屈折率差（Δ３）を−０．２％以下とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。
【００３３】
単峰型プロファイルを有するＳＭＦでは、コア径を変化させてカットオフ波長を決定すると、コア形状に殆ど依存することなく、ＭＦＤが同程度の光ファイバは同程度の曲げ損失を示す。しかし、第１コアの外周に第２コアとしてディプレスト層を設けたＷ型プロファイルなどにおいては、単峰型プロファイルと同等の曲げ損失、カットオフ波長でＭＦＤを変化させることができる。これは、ディプレスト層を設けることで、中央コアの比屈折率差（Δ）を大きくしてもカットオフ波長が長波長にシフトせず、コア径を小さくする必要が無いからである。また、第２コアとしてディプレスト層を設けた場合、第１コアの形状がＭＦＤに大きく影響する。第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が小さい程光の閉じ込め効果が小さくなり、ＭＦＤが大きくなる。一方、ＭＦＤは、ディプレスト層のΔの大きさ、或いは幅には影響されない。
【実施例４】
【００３４】
光インターコネクションに光ファイバを用いる場合、光ファイバをテープ化することで光伝送体をマルチチャンネル化し、高速光通信を行うことが想定される。通常石英系光ファイバの仕様はクラッド径１２５μｍに対し、被覆後外径２５０μｍであり、光ファイバを複数本平行に並べて相互に接合した光ファイバテープのピッチとしては、２５０μｍであるのが一般的である。光ファイバの外径を細くした細径光ファイバにおいては、被覆径も細径化するので、従来の光ファイバテープよりも狭いピッチの光ファイバテープ作製が可能となる。したがって、前述したクラッド径４０〜９０μｍの細径光ファイバを用いることが好ましい。細径光ファイバを用いた狭いピッチの光ファイバテープは、配線のフレキシビリティが高く、かつ省スペース収納が可能であり、光インターコネクションに適した光部品となる。
【００３５】
上述した実施例１〜３における計算結果に示されるように、本発明の光ファイバは波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とし、かつ、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れている。このような本発明の光ファイバを用いた光ファイバテープを伝送媒体として適用し、光源として発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを使用した光インターコネクションシステムの構成例を図６に示す。図６に示す光インターコネクションシステムは、バックボード３と、該バックボード３にコネクタ接続部４によって接続されたプリント基板２とを備える。プリント基板２上には、光Ｉ／Ｏ１が実装され、該光Ｉ／Ｏ１は、上述した細径光ファイバテープ５を介してコネクタ接続部４と接続される。これによりプリント基板２とバックボード３と間での光接続が果たされる。細径光ファイバテープ５は、バックボード３上にも配置されており、これにより、光インターコネクションシステム同士の光接続が可能となる。
【実施例５】
【００３６】
実施例１（表１のファイバＡ）の光ファイバを実際に製造した。なお、クラッド径は８０μｍとした。製造された光ファイバの詳細な屈折率プロファイル及び光学特性値を表２に示す。ほぼシミュレーション通りの特性を有する光ファイバが得られた。
【００３７】
ファイバＡはＷ型プロファイルを有しており、一般的に、長波長ほどＭＦＤは大きくなり、実効屈折率は小さくなる。そのため、波長１２００ｎｍにおけるＭＦＤは波長１１００ｎｍにおける値よりも大きくなるが、曲げ損失は波長１１００ｎｍの場合の方が小さい。曲げ損失のロスマージンを５ｄＢとすると、使用波長が１１００ｎｍの場合には曲率半径１ｍｍの曲げが５ターンまでは許容できる。一方、使用波長が１２００ｎｍの場合には曲率半径１ｍｍの曲げが４ターンまでは許容できる。
【００３８】
さらに、表２の光ファイバを用いて光ファイバテープを作製し、発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬ及び本発明の光ファイバを用いた、図６と同様の構造の光インターコネクションシステムを実際に構築した。ＶＣＳＥＬの出力光パワーは−３ｄＢｍ、受光器の受信感度は−１６ｄＢｍであり、システムのダイナミックレンジ（曲げ損失と接続損失との和におけるロスマージン）は１３ｄＢである。
【００３９】
図７に示すように、クラッド１１の径を８０μｍ、１次被覆樹脂１２の外径を１０５μｍ、２次被覆樹脂１３の外径を１２５μｍとした。さらに、図８に示すように、ピッチＰ１２５μｍにて１２本平行に並べ、これを被覆樹脂２１にて覆うことによりこれら光ファイバ１０を接合して、細径光ファイバテープ２０を作製した。被覆樹脂２１が薄肉化されることによる損失増加量と、省スペース化の両要素を考慮に入れ被覆径Ｈ（厚さＨ）を１７０μｍとした。ピッチＰが１２５μｍとされた光ファイバテープ２０は従来の半分のサイズであり、非常にフレキシビリティが高く、また機器内において省スペース収納が可能である。被覆樹脂２１の材料としては紫外線硬化樹脂を用いている。
【００４０】
ピッチＰはクラッド１１の径が４０μｍ、被覆外径とクラッド外径との差を２０μｍの細径光ファイバ１０を用いれば６０μｍまで小さくすることができる。
【００４１】
光ファイバテープ２０の仕上がり寸法は、幅Ｗが１．５５ｍｍ、厚さＨが０．１７ｍｍとなった。接続相手となる光源のＶＣＳＥＬをピッチ１２５μｍ、１２チャンネルにアレイ化することで、作製したファイバテープ２０による一括光接続が可能となる。この構成においては、ＶＣＳＥＬを直接変調することで、１００Ｇｂｐｓを超える超高速光通信が実現される。
【００４２】
本実施例においては発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用したが、上述した本発明の実施例に係る光ファイバは波長１１００ｎｍにおいてもシングルモード伝送が可能であり、発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用した場合にも、光インターコネクションシステムを同様に構築できることは、当業者には明らかである。
【実施例６】
【００４３】
本実施例では、被覆樹脂２１の材料となる紫外線硬化樹脂として難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて、難燃テープ心線を作製した。ここで用いた難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、例えば次のように作製した。樹脂中に臭素、塩素などのハロゲン系添加剤、さらに三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモンなどのアンチモン化合物、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムといった金属水和物、またリン酸エステルなどのリン化合物を加えることや、紫外線硬化樹脂を構成するプレポリマや、アクリルモノマー自体を臭素や塩素でハロゲン化し、さらにリンを含ませるなどして紫外線硬化樹脂の難燃化を検討した。これらの方法のなかで、臭素系難燃剤を加える方法が特に難燃化に有効であった。
【００４４】
このようにして組成変更することにより難燃化が実現する理由としては、分解反応による生成物が樹脂の表面を覆うとか、燃える際に発生する分解ガスが空気との間に遮断層を形成するためと考えられる。また、ハロゲン含有化合物からのラジカルが燃焼の継続を阻止することや、さらに、架橋により樹脂が３次元化することなどが考えられる。
【００４５】
テープ化用の紫外線硬化樹脂として難燃剤として水酸化アルミニウムを含む紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂をもちいて得られた光ファイバテープを、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験により評価した。その結果、ファイバに着火した炎は平均３．２秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。本実施例では、難燃紫外線硬化樹脂を用いたが、難燃紫外線硬化樹脂の代わりに難燃熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【実施例７】
【００４６】
光ファイバ被覆樹脂のすべてまたは一部、及びテープ被覆樹脂を難燃紫外線硬化樹脂にすることで高い難燃性を得ることを検討した。その結果、少なくとも光ファイバのセカンダリ樹脂とテープ用樹脂に難燃剤を含む紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて得られた光ファイバテープにより、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験において、着火した炎は平均２．６秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。
【００４７】
また、ＵＬ１５８１規格垂直燃焼試験を行った結果、炎は平均５．７秒で自然に消火した。また、燃焼している滴下物もなく、前記ＵＬ規格を満足することができた。また、素線の状態で垂直燃焼試験を行った結果、炎は平均７．６秒で自然に消火し、素線、テープ心線の両方の状態で充分な難燃性を有していた。本実施例では難燃紫外線硬化樹脂を用いたが、難燃紫外線硬化樹脂の代わりに難燃熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】同種のシングルモード光ファイバ同士の接続において、軸ずれに対する波長１５５０ｎｍにおける接続損失を計算した結果を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバのＷ型プロファイルを示す図である。
【図３】従来の光ファイバの単峰型プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の光ファイバのＷセグメント型プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の光ファイバの擬似Ｗ型プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の光ファイバを使用した光インターコネクションシステムの構成例を示す図である。
【図７】本発明の光ファイバの断面図である。
【図８】本発明の光ファイバテープの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光Ｉ／Ｏ
２ プリント基板
３ バックボード
４ コネクタ接続部
５ 細径光ファイバテープ
１０ 光ファイバ
１１ クラッド
１２ １次被覆樹脂
１３ ２次被覆樹脂
２０ 光ファイバテープ
２１ テープ用被覆樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が４μｍ以上であり、かつ１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬し、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする、コア及びクラッドが石英系ガラスからなる光ファイバ。
【請求項２】
クラッド径が４０μｍ〜９０μｍ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】
前記コアが、第１コア及び前記第１コアを取り囲む第２コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアが、第１コア、前記第１コアを取り囲む第２コア、及び前記第２コアを取り囲む第３コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が０％であり、前記第３コアの比屈折率差（Δ３）が−０．２％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コアが、第１コア、前記第１コアを取り囲む第２コア、及び前記第２コアを取り囲む第３コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下、前記第３コアの比屈折率差（Δ３）が２％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記光ファイバは紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂の少なくともいずれか一方でなる被覆を有し、前記紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂のうち少なくとも一部は難燃性を有するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバが平行に並べられて相互に接合されていることを特徴とする光ファイバテープ。
【請求項８】
難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂の少なくともいずれか一方でなるテープ被覆を有することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバテープ。
【請求項９】
１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする光インターコネクションシステム。
【請求項１】
波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が４μｍ以上であり、かつ１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬し、半径１ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする、コア及びクラッドが石英系ガラスからなる光ファイバ。
【請求項２】
クラッド径が４０μｍ〜９０μｍ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】
前記コアが、第１コア及び前記第１コアを取り囲む第２コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアが、第１コア、前記第１コアを取り囲む第２コア、及び前記第２コアを取り囲む第３コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が０％であり、前記第３コアの比屈折率差（Δ３）が−０．２％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コアが、第１コア、前記第１コアを取り囲む第２コア、及び前記第２コアを取り囲む第３コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．５％以上、前記第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が１．５以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．２％以下、前記第３コアの比屈折率差（Δ３）が２％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記光ファイバは紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂の少なくともいずれか一方でなる被覆を有し、前記紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂のうち少なくとも一部は難燃性を有するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバが平行に並べられて相互に接合されていることを特徴とする光ファイバテープ。
【請求項８】
難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂の少なくともいずれか一方でなるテープ被覆を有することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバテープ。
【請求項９】
１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする光インターコネクションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３４６６（Ｐ２００７−３３４６６Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９７８９４（Ｐ２００５−１９７８９４）
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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