曲げ損失強化光ファイバ
【課題】曲げのように外部物理力による光損失及び波長別損失差を最小化すると同時に、短い遮断波長特性を維持することができる光ファイバを提供する。
【解決手段】曲げ損失強化光ファイバは、光ファイバ１００内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコア１１０と、コアの外側に位置され、コアから遠くなるほど減少し、コアの最大屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層１２０と、内部層の外側に位置され、内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層１３０と、を含む。
【解決手段】曲げ損失強化光ファイバは、光ファイバ１００内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコア１１０と、コアの外側に位置され、コアから遠くなるほど減少し、コアの最大屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層１２０と、内部層の外側に位置され、内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層１３０と、を含む。
【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もので、特に極低曲げ損失を有する光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＦＴＴｘ(Fiber to the x)市場の持続的な拡大とともに経済危機回復のための各国政府のインフラ投資が活発に進んでいる。スマートフォンの無線データ使用量の増加、３Ｄ(Three-Dimensional)ＴＶの普及拡大、ＴＶポータル(portal)サービスの導入、ＬＴＥ(Long Term Evolution)及びＷｉＭＡＸのような無線インターネット４Ｇ(Fourth-Generation）の成長によって、光バックボーンネットワークとインドアシステム(indoor system）の容量増大が要求される。ＦＴＴｘの効率的なネットワーク設置及び運用は、実際のケーブル敷設現場の環境的な制約に主に依存する。それによって、サービス事業者及び光ファイバ供給者は、現場で物理力により発生する曲げ損失、特に極限の曲げ発生環境を克服するための努力を継続して進行している。
【０００３】
光ファイバコア及びクラッドの構造的制御を通じて行われるモードフィールド直径(Mode-Field Diameter：ＭＦＤ)制御技術、低下した(depressed)クラッド製造技術、低屈折率トレンチ(Low-Index Trench)製造技術、及びクラッド内に等方性(isotropy）のリング構造を有するナノサイズのエアホール(air-hole)製造技術は、単一モード(又はシングルモード)光ファイバの曲げ損失特性が低下することを防止するために提案された。しかしながら、国際標準ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５７.Ｂ３の光特性及び信頼性規格を満たしつつ、既存の単一モード光ファイバ(ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２.Ｄ)との接続互換性を維持できる商用化された技術は、極めて限定的である。
【０００４】
上記した光特性と信頼性の特性を満たす光ファイバ構造及び製造方法として、コアと内部層を備えて最小屈折率のトレンチ層を含む低屈折率トレンチ製造技術が商用化されている。低屈折率トレンチ製造技術は、ソリッドガラス構造で、機械的、環境的な信頼性に優れ、大量生産に適合するため、曲げ強化光ファイバを実現する方法として多くの注目を浴びている。最近、敷設現場で要求する曲げ特性がより強化されるにつれて、深いトレンチを形成して曲げ損失特性を強化しようとする努力がなされている。
【０００５】
しかしながら、低屈折率トレンチ製造技術において最も克服しにくい課題は、短い遮断波長特性を維持し、かつ曲げ損失を最小化することである。
【０００６】
光ファイバ内の遮断波長の特性は、曲げ損失特性と反比例関係であり、これは、すなわち曲げ特性が強ければ強いほど高次モードを除去しにくいということである。
【０００７】
光ファイバ内で導波するＬＰ１１以上の高次モードは、深いトレンチ領域の境界面条件、すなわち屈折率差によって一層集中され、これによって長距離にわたって高次モード特性を維持しつつ導波するようになる。
【０００８】
上述した問題点は、実際の製造工程で歩留まり低下の原因となるコア及びトレンチ層のドーピング濃度と、コア及びトレンチ層のサイズに対して精密制御を必要とする。
【０００９】
また、最近Ｇ-ＰＯＮ(Gigabit Passive Optical Network)、ＷＤＭ-ＰＯＮ(Wavelength Division Multiplexing-PON)などの伝送ネットワークにおいて、加入者端末により光帯域の波長を割り当てろうという努力が進んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、曲げのように外部物理力による光損失及び波長別損失差を最小化すると同時に、短い遮断波長特性を維持する光ファイバ及び光ファイバ製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、短い遮断波長特性を維持しつつ、波長による曲げ損失差を最小化することによって、加入者ネットワーク運用における長波長の活用をより容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
光ファイバ内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアの屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と前記光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含むことを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアの屈折率の差Δｎ１より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差Δｎ２より低い内周屈折率の差Δｎと前記内周屈折率の差Δｎ３より低い外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）本発明の望ましい実施形態による光ファイバを示す断面図である。 図１（ｂ）は、本発明の望ましい実施形態による光ファイバの断面による屈折率の差 プロファイルを説明するためのグラフである。
【図２】図１に示す屈折率の差プロファイルを詳細に示す図である。
【図３】トレンチ層の内周屈折率の変化によるＭＦＤの変化と分散値の変化を示す図である。
【図４】光ファイバを曲げた場合に光ファイバ内の屈折率の差プロファイルの変化を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の比較例を説明するための第１の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。 図５（ｂ）は、本発明の比較例を説明するための第２の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。 図５（ｃ）は、本発明の比較例を説明するための第３の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。
【図６】第３の光ファイバにおいてトレンチ層の内周屈折率の差ｎ３及び外周屈折率の差ｎ４の比(Δｎ3/Δｎ4)による曲げ損失の変化を示す図である。
【図７】第１乃至第３の光ファイバに対する曲げ損失及び遮断波長を示す図である。
【図８】ＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法によるコア母材の製造工程において、ＣＦ４又はＳｉＦ４のようなＦを含むドーパントの流量によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す図である。
【図９】外部気相蒸着方法によるコア母材の製造工程におけるスーと密度によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
下記の説明で、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の望ましい実施形態による光ファイバを示す図であり、図２は図１に示す屈折率の差プロファイルを詳細に示す図である。図１（ａ）は光ファイバ１００の断面図であり、図１（ｂ）は光ファイバ断面による屈折率の差プロファイルを説明するためのグラフである。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、光ファイバ１００は、コア１１０とクラッド１１５を含む。コア１１０は、光ファイバ１００の中心に位置し、相対的に大きい屈折率の差を有し、内部全反射(total internal reflection)を通じて光信号を伝送する。クラッド１１５は、コア１１０の外側に位置し、相対的に小さい屈折率の差を有する。すなわち、クラッド１１５は、コア１１０の外周に沿ってコア１１０を全て取り囲むように位置される。コア１１０は断面円形の棒状の形状を有し、クラッド１１５は断面円形のチューブの形状を有し、コア１１０及びクラッド１１５は同心構造で配置される。
【００１６】
コア１１０は、光ファイバ１００内の最大屈折率の差を有し、コア１１０の屈折率の差Δｎ１は、コア１１０の全体領域において一定に維持される。コア１１０の屈折率の差Δｎ１は、０.２４Δ％〜０.４８Δ％(Δ％は単純に％で表示できる)の範囲であり得るが、０.３１Δ％〜０.４１Δ％内の範囲を有することがより望ましい。また、コア１１０は、その半径が３.０〜７.０μｍであり得るが、４.０〜５.０μｍ内の範囲を有することがより望ましい。コア１１０の半径は、コア１１０の最高屈折率の差の１/２に対応する位置で測定できる。例えば、光ファイバ１００を構成する各層の屈折率の差は、上記層の屈折率とクラッド１１５の最も外側に位置する外部層１４０の屈折率の差として定義される。また、Δ％は、屈折率の差を百分率で表示することを示す。外部層１４０の屈折率の差は0である。
【００１７】
クラッド１１５は、コア１１０の外周から遠ざかるほど屈折率の差Δｎ２が徐々に小さくなる内部層１２０と、この内部層１２０の最も小さい屈折率の差と類似した屈折率の差を有する外部層１４０と、この内部層１２０と外部層１４０との間に位置され、光ファイバ１００を構成する層の中で最も小さい屈折率の差を有するトレンチ層１３０とを含む。すなわち、内部層１２０、トレンチ層１３０、及び外部層１４０は、コア１１０の外周面上に順に直接積層され、各々円形チューブ形状を有し、コア１１０と一緒に同心構造で位置される。
【００１８】
内部層１２０は、第１及び第２の内部サブ層１２１，１２２を含む。第１及び第２の内部サブ層１２１，１２２は、コア１１０の外周面上に順に直接積層され、各々円形チューブの形状を有し、コア１１０とともに同心構造で位置される。
第１の内部サブ層１２１は、コア１１０の外周面に接する内周から第１の内部サブ層１２１の外周へ屈折率の差が徐々に小さくなる屈折率の差プロファイルを有する。第１の内部サブ層１２１の内周屈折率の差は、コア１１０の屈折率の差より小さいと同時に外部層１４０の屈折率の差より大きく、第１の内部サブ層１２１の外周屈折率の差は外部層１４０の屈折率の差と同一である。例示のように、第１の内部サブ層１２１は、その内周からその外周の方に屈折率の差が線形的に減少する屈折率の差分布を有する。また、第２の内部サブ層１２２は、第１の内部サブ層１２１の外周屈折率の差と同一であると同時に一定の屈折率の差を有する。
【００１９】
内部層１２０は、その屈折率の差Δｎ２が−０.０７〜０.１Δ％の範囲内に含まれることができる。曲げによる光損失を最小化し、最大又は向上したＭＦＤ(Mode Field Diameter)のための内部層１２０の屈折率の差Δｎ２は、０.２〜−０.０７Δ％の範囲に含まれることがより好ましい。この内部層１２０の範囲は、コア１１０から外周方向に屈折率の差が０.０５Δ％である位置から−０.０５Δ％となる位置までに定義可能である。
【００２０】
内部層１２０のコアに接する位置からの厚さｂは、４.５〜１７.５μｍの範囲に含まれるものがより望ましい。ここで、コア１１０の半径ａと内部層１２０の厚さｂとの比(ａ＋ｂ)/ｂは、２.８以下であり、２.７以下がより望ましい。
【００２１】
トレンチ層１３０は、内部層１２０の外周面上に直接積層され、円形チューブの形状を有し、コア１１０及び内部層１２０と共に同心構造で位置される。トレンチ層１３０は、内周から外周への方向に線形的に減少する屈折率の差分布を有する。
【００２２】
トレンチ層１３０の外周屈折率の差は、光ファイバ１００内の最小屈折率の差に該当し、トレンチ層１３０は、内周から外周への方に屈折率の差が徐々に小さくなる屈折率の差プロファイルを有する。
【００２３】
外部層１４０は、トレンチ層１３０を取り囲み、通常の純粋石英ガラス(silica glass)が有する屈折率と近似的に同一の屈折率(例えば、１.４５６）を有する。
【００２４】
図３は、トレンチ層の内周屈折率の差の変化によるＭＦＤの変化と分散値の変化を示す。横軸はトレンチ層１３０の内周の屈折率の差Δｎ３を示し、左側の縦軸は１３１０ｎｍ波長の光に対するＭＦＤを示し、右側の縦軸は分散値を示す。内部層１２０の最低屈折率の差とトレンチ層１３０の内周屈折率の差Δｎ３の屈折率差が減少するほど、ＭＦＤの増加及び分散値の低下効果が現れる。このようなＭＦＤの増加は、トレンチ層１３０内に浸透する光波の分布を拡大させることによって、コア１１０の有効屈折率の差を低くする効果が得られる。すなわち、トレンチ層１３０の内周屈折率の差Δｎ３を最大限大きく維持することによって、ＬＰ１１以上の高次モードの漏洩モード(leaky mode)損失を大きくできる。これは、短い距離で使用波長のシングルモード条件を確保可能にする。
【００２５】
一般的な光ファイバを曲げた場合、クラッドの屈折率変化が非常に大きくなる。また、このような屈折率変化によって、光ファイバ内に進行する光の損失が増大するので、光の長距離伝送が不可能になる。長距離光伝送のためには曲げ損失を最小化すべきであり、このために、曲げによるクラッドの屈折率変化を最小化する必要がある。
【００２６】
図４は、光ファイバを曲げた場合に光ファイバ内の屈折率の差プロファイルの変化を説明するための図である。図４の(ａ）は、正常状態で光ファイバ１００の屈折率の差プロファイルを示し、図４の(ｂ）は光ファイバ１００半径５ｍｍ以下の円筒に１回巻き取る場合に光ファイバ１００の屈折率の差プロファイルを示す。図示のように、光ファイバ１００を曲げた場合、クラッドの屈折率変化が大きく発生する。正常状態でトレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４を内周屈折率の差Δｎ３より小さくすることで、光ファイバ１００の曲げによってトレンチ層１３０の屈折率の差分布が平坦化されることがわかる。すなわち、本発明の光ファイバ１００は、曲げが加えられた場合、トレンチ層１３０に対する最小の屈折率変化を得ることができる。また、トレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４を内周屈折率の差Δｎ３より小さくすることで、短波長と長波長との間の曲げ損失差を２.５倍以下に減少する。このような波長依存性の改善に従って、加入者ネットワーク運用において長波長の活用をより容易にすることができる。光ファイバ１００は、Δｎ１＞Δｎ２＞Δｎ３＞Δｎ４の関係を満足する。
【００２７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の比較例を説明するためのトレンチ層の多様な屈折率の差プロファイルを例示する。
図５（ａ）は同一の内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４を有する第１の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示し、図５（ｂ）は内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より小さい第２の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示し、図５（ｃ）は内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より大きい第３の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す。
【００２８】
下記の＜表１＞は、上記比較例による光ファイバ特性を示す。Δｎ３＝Δｎ４の条件を有する第１の光ファイバは、屈折率が小さいトレンチ層を広く維持することによって、小さい曲げ損失及び波長別損失特性を有するが、高次モードの集中によって大きい遮断波長を有するようになる。また、Δｎ３＜Δｎ４の条件を有する第２の光ファイバは、クラッドの激しい屈折率変化に従って曲げ損失に脆弱な特性を有する。一方、Δｎ３＞Δｎ４の条件を有する第３の光ファイバは小さい曲げ損失及び小さい遮断波長を有する。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図６は、第３の光ファイバにおけるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4による曲げ損失の変化を示す。横軸は内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4を示し、縦軸は１５５０ｎｍ波長の光に対する曲げ損失を示す。図６には、半径が５.０ｍｍである円筒に第３の光ファイバを巻き取った場合の曲げ損失曲線と、半径が２.５ｍｍである円筒に第３の光ファイバを巻き取った場合の曲げ損失曲線が示されている。図示のように、内周屈折率の差Δｎ３と外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4が小さいほど光ファイバの曲げによる損失が減少することがわかる。
【００３１】
図７は、第１乃至第３の光ファイバに対する曲げ損失及び遮断波長を示す。
図７を参照すると、左側の縦軸は半径が５.０ｍｍである円筒に光ファイバを巻き取る場合の１５５０ｎｍ波長の光に対する曲げ損失を示し、右側の縦軸は被覆付き光ファイバの遮断波長を示す。内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より大きい屈折率の差プロファイルを有する第３の光ファイバは、第１及び第２の光ファイバに比べて小さい曲げ損失を有し、第１の光ファイバより短い遮断波長を有することがわかる。
【００３２】
本発明によるトレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４は、−０.２１Δ％以下に含まれることが望ましいが、より望ましくは−０.２７Δ％以下に含まれる。このとき、内周屈折率の差Δｎ３と外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4は、０.６より大きくかつ１より小さいことが望ましく、０.８より大きくかつ０.９８より小さい範囲がより望ましい。
【００３３】
また、トレンチ層１３０の厚さｃは９.６μｍ以下であり得るが、７.２μｍ以下であることがより望ましい。
【００３４】
下記の＜表２＞と＜表３＞は、本発明による光ファイバのためのコア母材を製造するための工程の実施形態である。本発明のトレンチ層は、多様な蒸着方法により実現されることができ、例えば、サブストレートチューブ(Substrate tube)をその中心軸を基準として回転させつつ、チューブの内部に基本物質であるＳｉＯ２及び屈折率制御のためのドーパントを蒸着するＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法、外部気相蒸着(outside vapor deposition)方法などを通じて実現可能である。例示されたコア母材の製造工程は、φ３１(内径)×φ３６(外径)×１１２００(長さ)[ｍｍ]のサイズを有するサブストレートチューブに基づく。
【００３５】
下記の＜表２＞は、屈折率制御物質としてＣＦ４又はＳｉＦ４を用いてコア母材を製造するための工程の一実施形態を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
下記の＜表３＞は、ＢＣＩ３を屈折率制御物質として用いてコア母材を製造するための工程の一実施形態を示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
図８は、ＭＣＶＤ方法によるコア母材の製造工程において、ＣＦ４又はＳｉＦ４のようなＦを含むドーパントの流量によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す。同図に示すように、本発明によるトレンチ層は、ＭＣＶＤ方法でＦ-ドーパントの流量を増加させることによって減少する屈折率の差分布を有することができる。
【００４０】
本発明のトレンチ層を実現する他の実施形態である外部気相蒸着方法でスートの密度を制御する方法を説明すると、次のようである。まず、ＭＣＶＤ及びＶＡＤ(Vapor phase Axial Deposition)方法を通じてコア及び内部層まで製作されたガラス母材に外部気相蒸着方法でトレンチを形成するスートを蒸着する。外部気相蒸着方法によって、火炎加水分解反応によってスートをガラス母材に数十回にかけて付着させる場合、トレンチ層の内周から外周までスートの密度を順次に減少させる。
【００４１】
図９は、外部気相蒸着方法によるコア母材の製造工程におけるスート密度によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す。例示のように、Ｆ-ドーパントのドーピング濃度は、スート密度に比例関係があるため、スートの密度調節を通じてトレンチ層の屈折率の差分布を容易に制御できる。このスートは、多孔層として焼結及びガラス化過程を経てガラス化される。このとき、ガラス化は、１.０ｓｌｐｍのＣｌ２、２０ｓｌｐｍのＨｅ、約１〜５ｓｌｐｍのＦ-ドーパント(ＣＦ４、ＳｉＦ４など）の雰囲気でスートを３００分程度１５００℃で加熱することによって実現される。焼結は１５５０〜１６５０℃の温度と、１×１０-2ｔｏｒｒの真空下で進行でき、焼結は１５〜２０ｓｌｐｍのＨｅ雰囲気下で遂行されることが望ましい。
【００４２】
２つの実施形態を通じて製造されたコア母材は、原料物質と燃焼ガスが供給される蒸着用トーチを用いて、コア母材の外部回りにスート(soot)を蒸着するオーバークラッド工程を遂行する。コア母材に一定の外径と重さでオーバークラッドスートが蒸着すると、蒸着を終了し、コア母材を徐冷(slow cooling)した後に焼結及びガラス化工程を進行する。上述したコア母材の外部に蒸着、焼結、ガラス化されるオーバークラッド層はオーバージャケッティング(over jacketting)に代替可能である。
【００４３】
上述したガラス化過程を経て完成された光ファイバ母材は、引き出しタワー(draw tower)で光ファイバとして引き出される。
【００４４】
本発明による光ファイバは、１２６０ｎｍ以下の遮断波長、１５５０ｎｍの波長、半径１０ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失、１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比率(α２/α１）が２.７未満であることを特徴とする。また、光ファイバは、１５５０ｎｍの波長、半径２.５ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有することを特徴とする。また、光ファイバは１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍ範囲の零分散波長を含み、零分散波長の傾きは０.０９２ｐｓ/(ｎｍ２・ｋｍ)以下であることを特徴とする。
【００４５】
例えば、本発明による光ファイバは８.７μｍのＭＦＤ(＠１３１０ｎｍ)、１３１２ｎｍの零分散波長、１２４０ｎｍのケーブル遮断波長を有することができる。
【００４６】
光ファイバを半径５ｍｍの円筒に１回巻き取る場合に１５５０ｎｍでの光損失は０.０４ｄＢであり、半径２.５ｍｍの円筒に１回巻き取る場合に１５５０ｎｍでの光損失は０.４３ｄＢであり、１６２５ｎｍとの波長別損失比は２.２である。
【００４７】
光ファイバは、米国Ｖｅｒｉｚｏｎ社 (Verizon（登録商標） Communications INC.)の規格であるＭＤＵ(Multiple Dwelling Units)応用テストを満たし、２ｋｇと１３.５ｋｇの荷重を印加した９０度の垂直曲げ、１０ｍｍの直径曲げ２回、ケーブルタッカ(cable tacker)(Ｔ-２５)３０回、及び高温/低温/老化損失変化の和が０.４ｄＢ以下であることを示す。また、既存の線路である一般の単一モード光ファイバとの互換性評価のための溶融接続損失は、約０.０８ｄＢ＠１３１０、１５５０ｎｍとして測定される。すなわち、本発明による光ファイバは、ＦＴＴｘのインドアシステムの設置コスト及び時間を低減されると同時に極限の環境(コネクタ挿入損失、ケーブル内部曲げ、温度特性など)でも最上の伝送特性を維持できる。
【００４８】
本発明による光ファイバは、内部層の外周屈折率の差とトレンチ層の内周屈折率の差との差を小さく維持することによって、短い遮断波長特性を有することを特徴とし、加えてトレンチ層の外周屈折率の差と外部層の屈折率の差との差を大きくすることで、最小の曲げ特性を同時に満たすことができる。
【００４９】
また、本発明による光ファイバは、トレンチ層の内周屈折率の差を最大限大きく維持することによって、ＬＰ１１以上の高次モードの漏洩モード(leaky mode)損失を大きくし、これは、短い距離で使用波長のシングルモード条件を確保可能にする。同時に、本発明は、トレンチ層の外周屈折率の差を最大限小さく維持することによって、光ファイバに曲げが発生した場合に屈折率の変化による光損失を最小化することができる。また、トレンチ層の外周屈折率の差を小さくすることによって、短波長と長波長との間の曲げ損失差を２.７倍以下に減少させて光ファイバの波長依存性を改善することで、加入者ネットワーク運用における長波長の活用を一層容易にすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００ 光ファイバ
１１０ コア
１１５ クラッド
１２０ 内部層
１２１ 第１の内部サブ層
１２２ 第２の内部サブ層
１３０ トレンチ層
１４０ 外部層
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバに関するもので、特に極低曲げ損失を有する光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＦＴＴｘ(Fiber to the x)市場の持続的な拡大とともに経済危機回復のための各国政府のインフラ投資が活発に進んでいる。スマートフォンの無線データ使用量の増加、３Ｄ(Three-Dimensional)ＴＶの普及拡大、ＴＶポータル(portal)サービスの導入、ＬＴＥ(Long Term Evolution)及びＷｉＭＡＸのような無線インターネット４Ｇ(Fourth-Generation）の成長によって、光バックボーンネットワークとインドアシステム(indoor system）の容量増大が要求される。ＦＴＴｘの効率的なネットワーク設置及び運用は、実際のケーブル敷設現場の環境的な制約に主に依存する。それによって、サービス事業者及び光ファイバ供給者は、現場で物理力により発生する曲げ損失、特に極限の曲げ発生環境を克服するための努力を継続して進行している。
【０００３】
光ファイバコア及びクラッドの構造的制御を通じて行われるモードフィールド直径(Mode-Field Diameter：ＭＦＤ)制御技術、低下した(depressed)クラッド製造技術、低屈折率トレンチ(Low-Index Trench)製造技術、及びクラッド内に等方性(isotropy）のリング構造を有するナノサイズのエアホール(air-hole)製造技術は、単一モード(又はシングルモード)光ファイバの曲げ損失特性が低下することを防止するために提案された。しかしながら、国際標準ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５７.Ｂ３の光特性及び信頼性規格を満たしつつ、既存の単一モード光ファイバ(ＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２.Ｄ)との接続互換性を維持できる商用化された技術は、極めて限定的である。
【０００４】
上記した光特性と信頼性の特性を満たす光ファイバ構造及び製造方法として、コアと内部層を備えて最小屈折率のトレンチ層を含む低屈折率トレンチ製造技術が商用化されている。低屈折率トレンチ製造技術は、ソリッドガラス構造で、機械的、環境的な信頼性に優れ、大量生産に適合するため、曲げ強化光ファイバを実現する方法として多くの注目を浴びている。最近、敷設現場で要求する曲げ特性がより強化されるにつれて、深いトレンチを形成して曲げ損失特性を強化しようとする努力がなされている。
【０００５】
しかしながら、低屈折率トレンチ製造技術において最も克服しにくい課題は、短い遮断波長特性を維持し、かつ曲げ損失を最小化することである。
【０００６】
光ファイバ内の遮断波長の特性は、曲げ損失特性と反比例関係であり、これは、すなわち曲げ特性が強ければ強いほど高次モードを除去しにくいということである。
【０００７】
光ファイバ内で導波するＬＰ１１以上の高次モードは、深いトレンチ領域の境界面条件、すなわち屈折率差によって一層集中され、これによって長距離にわたって高次モード特性を維持しつつ導波するようになる。
【０００８】
上述した問題点は、実際の製造工程で歩留まり低下の原因となるコア及びトレンチ層のドーピング濃度と、コア及びトレンチ層のサイズに対して精密制御を必要とする。
【０００９】
また、最近Ｇ-ＰＯＮ(Gigabit Passive Optical Network)、ＷＤＭ-ＰＯＮ(Wavelength Division Multiplexing-PON)などの伝送ネットワークにおいて、加入者端末により光帯域の波長を割り当てろうという努力が進んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、曲げのように外部物理力による光損失及び波長別損失差を最小化すると同時に、短い遮断波長特性を維持する光ファイバ及び光ファイバ製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、短い遮断波長特性を維持しつつ、波長による曲げ損失差を最小化することによって、加入者ネットワーク運用における長波長の活用をより容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
光ファイバ内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアの屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と前記光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含むことを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアの屈折率の差Δｎ１より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差Δｎ２より低い内周屈折率の差Δｎと前記内周屈折率の差Δｎ３より低い外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）本発明の望ましい実施形態による光ファイバを示す断面図である。 図１（ｂ）は、本発明の望ましい実施形態による光ファイバの断面による屈折率の差 プロファイルを説明するためのグラフである。
【図２】図１に示す屈折率の差プロファイルを詳細に示す図である。
【図３】トレンチ層の内周屈折率の変化によるＭＦＤの変化と分散値の変化を示す図である。
【図４】光ファイバを曲げた場合に光ファイバ内の屈折率の差プロファイルの変化を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の比較例を説明するための第１の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。 図５（ｂ）は、本発明の比較例を説明するための第２の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。 図５（ｃ）は、本発明の比較例を説明するための第３の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す図である。
【図６】第３の光ファイバにおいてトレンチ層の内周屈折率の差ｎ３及び外周屈折率の差ｎ４の比(Δｎ3/Δｎ4)による曲げ損失の変化を示す図である。
【図７】第１乃至第３の光ファイバに対する曲げ損失及び遮断波長を示す図である。
【図８】ＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法によるコア母材の製造工程において、ＣＦ４又はＳｉＦ４のようなＦを含むドーパントの流量によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す図である。
【図９】外部気相蒸着方法によるコア母材の製造工程におけるスーと密度によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
下記の説明で、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の望ましい実施形態による光ファイバを示す図であり、図２は図１に示す屈折率の差プロファイルを詳細に示す図である。図１（ａ）は光ファイバ１００の断面図であり、図１（ｂ）は光ファイバ断面による屈折率の差プロファイルを説明するためのグラフである。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、光ファイバ１００は、コア１１０とクラッド１１５を含む。コア１１０は、光ファイバ１００の中心に位置し、相対的に大きい屈折率の差を有し、内部全反射(total internal reflection)を通じて光信号を伝送する。クラッド１１５は、コア１１０の外側に位置し、相対的に小さい屈折率の差を有する。すなわち、クラッド１１５は、コア１１０の外周に沿ってコア１１０を全て取り囲むように位置される。コア１１０は断面円形の棒状の形状を有し、クラッド１１５は断面円形のチューブの形状を有し、コア１１０及びクラッド１１５は同心構造で配置される。
【００１６】
コア１１０は、光ファイバ１００内の最大屈折率の差を有し、コア１１０の屈折率の差Δｎ１は、コア１１０の全体領域において一定に維持される。コア１１０の屈折率の差Δｎ１は、０.２４Δ％〜０.４８Δ％(Δ％は単純に％で表示できる)の範囲であり得るが、０.３１Δ％〜０.４１Δ％内の範囲を有することがより望ましい。また、コア１１０は、その半径が３.０〜７.０μｍであり得るが、４.０〜５.０μｍ内の範囲を有することがより望ましい。コア１１０の半径は、コア１１０の最高屈折率の差の１/２に対応する位置で測定できる。例えば、光ファイバ１００を構成する各層の屈折率の差は、上記層の屈折率とクラッド１１５の最も外側に位置する外部層１４０の屈折率の差として定義される。また、Δ％は、屈折率の差を百分率で表示することを示す。外部層１４０の屈折率の差は0である。
【００１７】
クラッド１１５は、コア１１０の外周から遠ざかるほど屈折率の差Δｎ２が徐々に小さくなる内部層１２０と、この内部層１２０の最も小さい屈折率の差と類似した屈折率の差を有する外部層１４０と、この内部層１２０と外部層１４０との間に位置され、光ファイバ１００を構成する層の中で最も小さい屈折率の差を有するトレンチ層１３０とを含む。すなわち、内部層１２０、トレンチ層１３０、及び外部層１４０は、コア１１０の外周面上に順に直接積層され、各々円形チューブ形状を有し、コア１１０と一緒に同心構造で位置される。
【００１８】
内部層１２０は、第１及び第２の内部サブ層１２１，１２２を含む。第１及び第２の内部サブ層１２１，１２２は、コア１１０の外周面上に順に直接積層され、各々円形チューブの形状を有し、コア１１０とともに同心構造で位置される。
第１の内部サブ層１２１は、コア１１０の外周面に接する内周から第１の内部サブ層１２１の外周へ屈折率の差が徐々に小さくなる屈折率の差プロファイルを有する。第１の内部サブ層１２１の内周屈折率の差は、コア１１０の屈折率の差より小さいと同時に外部層１４０の屈折率の差より大きく、第１の内部サブ層１２１の外周屈折率の差は外部層１４０の屈折率の差と同一である。例示のように、第１の内部サブ層１２１は、その内周からその外周の方に屈折率の差が線形的に減少する屈折率の差分布を有する。また、第２の内部サブ層１２２は、第１の内部サブ層１２１の外周屈折率の差と同一であると同時に一定の屈折率の差を有する。
【００１９】
内部層１２０は、その屈折率の差Δｎ２が−０.０７〜０.１Δ％の範囲内に含まれることができる。曲げによる光損失を最小化し、最大又は向上したＭＦＤ(Mode Field Diameter)のための内部層１２０の屈折率の差Δｎ２は、０.２〜−０.０７Δ％の範囲に含まれることがより好ましい。この内部層１２０の範囲は、コア１１０から外周方向に屈折率の差が０.０５Δ％である位置から−０.０５Δ％となる位置までに定義可能である。
【００２０】
内部層１２０のコアに接する位置からの厚さｂは、４.５〜１７.５μｍの範囲に含まれるものがより望ましい。ここで、コア１１０の半径ａと内部層１２０の厚さｂとの比(ａ＋ｂ)/ｂは、２.８以下であり、２.７以下がより望ましい。
【００２１】
トレンチ層１３０は、内部層１２０の外周面上に直接積層され、円形チューブの形状を有し、コア１１０及び内部層１２０と共に同心構造で位置される。トレンチ層１３０は、内周から外周への方向に線形的に減少する屈折率の差分布を有する。
【００２２】
トレンチ層１３０の外周屈折率の差は、光ファイバ１００内の最小屈折率の差に該当し、トレンチ層１３０は、内周から外周への方に屈折率の差が徐々に小さくなる屈折率の差プロファイルを有する。
【００２３】
外部層１４０は、トレンチ層１３０を取り囲み、通常の純粋石英ガラス(silica glass)が有する屈折率と近似的に同一の屈折率(例えば、１.４５６）を有する。
【００２４】
図３は、トレンチ層の内周屈折率の差の変化によるＭＦＤの変化と分散値の変化を示す。横軸はトレンチ層１３０の内周の屈折率の差Δｎ３を示し、左側の縦軸は１３１０ｎｍ波長の光に対するＭＦＤを示し、右側の縦軸は分散値を示す。内部層１２０の最低屈折率の差とトレンチ層１３０の内周屈折率の差Δｎ３の屈折率差が減少するほど、ＭＦＤの増加及び分散値の低下効果が現れる。このようなＭＦＤの増加は、トレンチ層１３０内に浸透する光波の分布を拡大させることによって、コア１１０の有効屈折率の差を低くする効果が得られる。すなわち、トレンチ層１３０の内周屈折率の差Δｎ３を最大限大きく維持することによって、ＬＰ１１以上の高次モードの漏洩モード(leaky mode)損失を大きくできる。これは、短い距離で使用波長のシングルモード条件を確保可能にする。
【００２５】
一般的な光ファイバを曲げた場合、クラッドの屈折率変化が非常に大きくなる。また、このような屈折率変化によって、光ファイバ内に進行する光の損失が増大するので、光の長距離伝送が不可能になる。長距離光伝送のためには曲げ損失を最小化すべきであり、このために、曲げによるクラッドの屈折率変化を最小化する必要がある。
【００２６】
図４は、光ファイバを曲げた場合に光ファイバ内の屈折率の差プロファイルの変化を説明するための図である。図４の(ａ）は、正常状態で光ファイバ１００の屈折率の差プロファイルを示し、図４の(ｂ）は光ファイバ１００半径５ｍｍ以下の円筒に１回巻き取る場合に光ファイバ１００の屈折率の差プロファイルを示す。図示のように、光ファイバ１００を曲げた場合、クラッドの屈折率変化が大きく発生する。正常状態でトレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４を内周屈折率の差Δｎ３より小さくすることで、光ファイバ１００の曲げによってトレンチ層１３０の屈折率の差分布が平坦化されることがわかる。すなわち、本発明の光ファイバ１００は、曲げが加えられた場合、トレンチ層１３０に対する最小の屈折率変化を得ることができる。また、トレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４を内周屈折率の差Δｎ３より小さくすることで、短波長と長波長との間の曲げ損失差を２.５倍以下に減少する。このような波長依存性の改善に従って、加入者ネットワーク運用において長波長の活用をより容易にすることができる。光ファイバ１００は、Δｎ１＞Δｎ２＞Δｎ３＞Δｎ４の関係を満足する。
【００２７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の比較例を説明するためのトレンチ層の多様な屈折率の差プロファイルを例示する。
図５（ａ）は同一の内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４を有する第１の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示し、図５（ｂ）は内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より小さい第２の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示し、図５（ｃ）は内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より大きい第３の光ファイバの屈折率の差プロファイルを示す。
【００２８】
下記の＜表１＞は、上記比較例による光ファイバ特性を示す。Δｎ３＝Δｎ４の条件を有する第１の光ファイバは、屈折率が小さいトレンチ層を広く維持することによって、小さい曲げ損失及び波長別損失特性を有するが、高次モードの集中によって大きい遮断波長を有するようになる。また、Δｎ３＜Δｎ４の条件を有する第２の光ファイバは、クラッドの激しい屈折率変化に従って曲げ損失に脆弱な特性を有する。一方、Δｎ３＞Δｎ４の条件を有する第３の光ファイバは小さい曲げ損失及び小さい遮断波長を有する。
【００２９】
【表１】
【００３０】
図６は、第３の光ファイバにおけるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4による曲げ損失の変化を示す。横軸は内周屈折率の差Δｎ３及び外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4を示し、縦軸は１５５０ｎｍ波長の光に対する曲げ損失を示す。図６には、半径が５.０ｍｍである円筒に第３の光ファイバを巻き取った場合の曲げ損失曲線と、半径が２.５ｍｍである円筒に第３の光ファイバを巻き取った場合の曲げ損失曲線が示されている。図示のように、内周屈折率の差Δｎ３と外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4が小さいほど光ファイバの曲げによる損失が減少することがわかる。
【００３１】
図７は、第１乃至第３の光ファイバに対する曲げ損失及び遮断波長を示す。
図７を参照すると、左側の縦軸は半径が５.０ｍｍである円筒に光ファイバを巻き取る場合の１５５０ｎｍ波長の光に対する曲げ損失を示し、右側の縦軸は被覆付き光ファイバの遮断波長を示す。内周屈折率の差Δｎ３が外周屈折率の差Δｎ４より大きい屈折率の差プロファイルを有する第３の光ファイバは、第１及び第２の光ファイバに比べて小さい曲げ損失を有し、第１の光ファイバより短い遮断波長を有することがわかる。
【００３２】
本発明によるトレンチ層１３０の外周屈折率の差Δｎ４は、−０.２１Δ％以下に含まれることが望ましいが、より望ましくは−０.２７Δ％以下に含まれる。このとき、内周屈折率の差Δｎ３と外周屈折率の差Δｎ４の比 Δｎ3/Δｎ4は、０.６より大きくかつ１より小さいことが望ましく、０.８より大きくかつ０.９８より小さい範囲がより望ましい。
【００３３】
また、トレンチ層１３０の厚さｃは９.６μｍ以下であり得るが、７.２μｍ以下であることがより望ましい。
【００３４】
下記の＜表２＞と＜表３＞は、本発明による光ファイバのためのコア母材を製造するための工程の実施形態である。本発明のトレンチ層は、多様な蒸着方法により実現されることができ、例えば、サブストレートチューブ(Substrate tube)をその中心軸を基準として回転させつつ、チューブの内部に基本物質であるＳｉＯ２及び屈折率制御のためのドーパントを蒸着するＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法、外部気相蒸着(outside vapor deposition)方法などを通じて実現可能である。例示されたコア母材の製造工程は、φ３１(内径)×φ３６(外径)×１１２００(長さ)[ｍｍ]のサイズを有するサブストレートチューブに基づく。
【００３５】
下記の＜表２＞は、屈折率制御物質としてＣＦ４又はＳｉＦ４を用いてコア母材を製造するための工程の一実施形態を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
下記の＜表３＞は、ＢＣＩ３を屈折率制御物質として用いてコア母材を製造するための工程の一実施形態を示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
図８は、ＭＣＶＤ方法によるコア母材の製造工程において、ＣＦ４又はＳｉＦ４のようなＦを含むドーパントの流量によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す。同図に示すように、本発明によるトレンチ層は、ＭＣＶＤ方法でＦ-ドーパントの流量を増加させることによって減少する屈折率の差分布を有することができる。
【００４０】
本発明のトレンチ層を実現する他の実施形態である外部気相蒸着方法でスートの密度を制御する方法を説明すると、次のようである。まず、ＭＣＶＤ及びＶＡＤ(Vapor phase Axial Deposition)方法を通じてコア及び内部層まで製作されたガラス母材に外部気相蒸着方法でトレンチを形成するスートを蒸着する。外部気相蒸着方法によって、火炎加水分解反応によってスートをガラス母材に数十回にかけて付着させる場合、トレンチ層の内周から外周までスートの密度を順次に減少させる。
【００４１】
図９は、外部気相蒸着方法によるコア母材の製造工程におけるスート密度によるトレンチ層の内周屈折率の差Δｎ３の変化を示す。例示のように、Ｆ-ドーパントのドーピング濃度は、スート密度に比例関係があるため、スートの密度調節を通じてトレンチ層の屈折率の差分布を容易に制御できる。このスートは、多孔層として焼結及びガラス化過程を経てガラス化される。このとき、ガラス化は、１.０ｓｌｐｍのＣｌ２、２０ｓｌｐｍのＨｅ、約１〜５ｓｌｐｍのＦ-ドーパント(ＣＦ４、ＳｉＦ４など）の雰囲気でスートを３００分程度１５００℃で加熱することによって実現される。焼結は１５５０〜１６５０℃の温度と、１×１０-2ｔｏｒｒの真空下で進行でき、焼結は１５〜２０ｓｌｐｍのＨｅ雰囲気下で遂行されることが望ましい。
【００４２】
２つの実施形態を通じて製造されたコア母材は、原料物質と燃焼ガスが供給される蒸着用トーチを用いて、コア母材の外部回りにスート(soot)を蒸着するオーバークラッド工程を遂行する。コア母材に一定の外径と重さでオーバークラッドスートが蒸着すると、蒸着を終了し、コア母材を徐冷(slow cooling)した後に焼結及びガラス化工程を進行する。上述したコア母材の外部に蒸着、焼結、ガラス化されるオーバークラッド層はオーバージャケッティング(over jacketting)に代替可能である。
【００４３】
上述したガラス化過程を経て完成された光ファイバ母材は、引き出しタワー(draw tower)で光ファイバとして引き出される。
【００４４】
本発明による光ファイバは、１２６０ｎｍ以下の遮断波長、１５５０ｎｍの波長、半径１０ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失、１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比率(α２/α１）が２.７未満であることを特徴とする。また、光ファイバは、１５５０ｎｍの波長、半径２.５ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有することを特徴とする。また、光ファイバは１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍ範囲の零分散波長を含み、零分散波長の傾きは０.０９２ｐｓ/(ｎｍ２・ｋｍ)以下であることを特徴とする。
【００４５】
例えば、本発明による光ファイバは８.７μｍのＭＦＤ(＠１３１０ｎｍ)、１３１２ｎｍの零分散波長、１２４０ｎｍのケーブル遮断波長を有することができる。
【００４６】
光ファイバを半径５ｍｍの円筒に１回巻き取る場合に１５５０ｎｍでの光損失は０.０４ｄＢであり、半径２.５ｍｍの円筒に１回巻き取る場合に１５５０ｎｍでの光損失は０.４３ｄＢであり、１６２５ｎｍとの波長別損失比は２.２である。
【００４７】
光ファイバは、米国Ｖｅｒｉｚｏｎ社 (Verizon（登録商標） Communications INC.)の規格であるＭＤＵ(Multiple Dwelling Units)応用テストを満たし、２ｋｇと１３.５ｋｇの荷重を印加した９０度の垂直曲げ、１０ｍｍの直径曲げ２回、ケーブルタッカ(cable tacker)(Ｔ-２５)３０回、及び高温/低温/老化損失変化の和が０.４ｄＢ以下であることを示す。また、既存の線路である一般の単一モード光ファイバとの互換性評価のための溶融接続損失は、約０.０８ｄＢ＠１３１０、１５５０ｎｍとして測定される。すなわち、本発明による光ファイバは、ＦＴＴｘのインドアシステムの設置コスト及び時間を低減されると同時に極限の環境(コネクタ挿入損失、ケーブル内部曲げ、温度特性など)でも最上の伝送特性を維持できる。
【００４８】
本発明による光ファイバは、内部層の外周屈折率の差とトレンチ層の内周屈折率の差との差を小さく維持することによって、短い遮断波長特性を有することを特徴とし、加えてトレンチ層の外周屈折率の差と外部層の屈折率の差との差を大きくすることで、最小の曲げ特性を同時に満たすことができる。
【００４９】
また、本発明による光ファイバは、トレンチ層の内周屈折率の差を最大限大きく維持することによって、ＬＰ１１以上の高次モードの漏洩モード(leaky mode)損失を大きくし、これは、短い距離で使用波長のシングルモード条件を確保可能にする。同時に、本発明は、トレンチ層の外周屈折率の差を最大限小さく維持することによって、光ファイバに曲げが発生した場合に屈折率の変化による光損失を最小化することができる。また、トレンチ層の外周屈折率の差を小さくすることによって、短波長と長波長との間の曲げ損失差を２.７倍以下に減少させて光ファイバの波長依存性を改善することで、加入者ネットワーク運用における長波長の活用を一層容易にすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００ 光ファイバ
１１０ コア
１１５ クラッド
１２０ 内部層
１２１ 第１の内部サブ層
１２２ 第２の内部サブ層
１３０ トレンチ層
１４０ 外部層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
光ファイバ内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアから遠くなるほど減少し、前記コアの最大屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と前記光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含み、
前記トレンチ層の屈折率の差は内周から外周へ徐々に減少し、
前記内周屈折率の差Δｎ３と前記外周屈折率の差Δｎ４との比 Δｎ４/Δｎ３は０.６より大きくかつ１より小さく、
前記コアの厚さａと前記内部層の厚さｂの比(ａ＋ｂ)/ｂは２.８以下であり、
前記光ファイバは、１２６０ｎｍ以下の遮断波長、１５５０ｎｍの波長及び半径１０ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有し、１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比(α２/α１）が２.７未満であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記コアの最大屈折率の差は０.４８％以下であり、前記トレンチ層の外周屈折率の差は−０.２１％未満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】
前記トレンチ層の外側に位置され、前記トレンチ層より高くて前記コアより低い屈折率の差を有する外部層をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアの屈折率の差はΔ２が−０.０７〜０.１Δ％の範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コアの半径が３.０〜７.０μｍの範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記内部層の厚さが４.５〜１７.５μｍの範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記光ファイバは、１５５０ｎｍの波長と、半径２.５ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比(α２/α１）が２.５以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記光ファイバは１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍ範囲の零分散波長を含み、零分散波長の傾きは０.０９２ｐｓ/(ｎｍ２・ｋｍ)以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記内部層は、
前記コアから遠くなるほど屈折率の差が減少する第１の内部サブ層と、
屈折率の差が一定の第２の内部サブ層と、
を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記トレンチ層はＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法により形成され、前記トレンチ層はＳｉＯ２及びＦ−ドーパントをサブストレートチューブ(Substrate tube)に蒸着し、Ｆ−ドーパントの流量を増加させることにより形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記トレンチ層は外部気相蒸着方法(outside vapor deposition)により形成され、前記トレンチ層は前記トレンチ層を形成するスートの密度を順次に減少させることにより形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１】
曲げ損失を強化する光ファイバであって、
光ファイバ内の最大屈折率の差Δｎ１を有するコアと、
前記コアの外側に位置され、前記コアから遠くなるほど減少し、前記コアの最大屈折率の差より低い屈折率の差Δｎ２を有する内部層と、
前記内部層の外側に位置され、前記内部層の屈折率の差より低い内周屈折率の差Δｎ３と前記光ファイバ内の最小外周屈折率の差Δｎ４を有するトレンチ層と、
を含み、
前記トレンチ層の屈折率の差は内周から外周へ徐々に減少し、
前記内周屈折率の差Δｎ３と前記外周屈折率の差Δｎ４との比 Δｎ４/Δｎ３は０.６より大きくかつ１より小さく、
前記コアの厚さａと前記内部層の厚さｂの比(ａ＋ｂ)/ｂは２.８以下であり、
前記光ファイバは、１２６０ｎｍ以下の遮断波長、１５５０ｎｍの波長及び半径１０ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有し、１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比(α２/α１）が２.７未満であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記コアの最大屈折率の差は０.４８％以下であり、前記トレンチ層の外周屈折率の差は−０.２１％未満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】
前記トレンチ層の外側に位置され、前記トレンチ層より高くて前記コアより低い屈折率の差を有する外部層をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアの屈折率の差はΔ２が−０.０７〜０.１Δ％の範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コアの半径が３.０〜７.０μｍの範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記内部層の厚さが４.５〜１７.５μｍの範囲内に含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記光ファイバは、１５５０ｎｍの波長と、半径２.５ｍｍ以下の曲げで１.０ｄＢ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
１６２５ｎｍでの曲げ損失(α２）と１５５０ｎｍでの曲げ損失(α１）の比(α２/α１）が２.５以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記光ファイバは１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍ範囲の零分散波長を含み、零分散波長の傾きは０.０９２ｐｓ/(ｎｍ２・ｋｍ)以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記内部層は、
前記コアから遠くなるほど屈折率の差が減少する第１の内部サブ層と、
屈折率の差が一定の第２の内部サブ層と、
を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記トレンチ層はＭＣＶＤ(Modified Chemical Vapor Deposition)方法により形成され、前記トレンチ層はＳｉＯ２及びＦ−ドーパントをサブストレートチューブ(Substrate tube)に蒸着し、Ｆ−ドーパントの流量を増加させることにより形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記トレンチ層は外部気相蒸着方法(outside vapor deposition)により形成され、前記トレンチ層は前記トレンチ層を形成するスートの密度を順次に減少させることにより形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８８８１８（Ｐ２０１３−８８８１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２９６３２（Ｐ２０１２−２２９６３２）
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＬＴＥ
【出願人】（５１２２６８２９５）エスイーエイチエフ−コリア・カンパニー・リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＬＴＥ
【出願人】（５１２２６８２９５）エスイーエイチエフ−コリア・カンパニー・リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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