JP2003227976A - プラスチック光ファイバおよび光ファイバケーブル - Google Patents
プラスチック光ファイバおよび光ファイバケーブルInfo
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Abstract
しない場合や、また可視光や短距離通信での赤外光を使
用する場合であっても、不要な伝播光が保護被覆を伝播
することなく、高品質の光通信を行うことができる。 【解決手段】コア1およびクラッド2に適宜の物質を含
有する樹脂を用いて形成され、クラッド2の外周に形成
される保護被覆3に炭化水素系樹脂を用いたプラスチッ
ク光ファイバであって、保護被覆3の最外層に特定波長
の光を吸収する色素42を含有した吸収層4を形成し
た。
Description
ドに樹脂を用いて形成されたプラスチック光ファイバ、
並びに光ファイバケーブルに関する。
クラッド102にフッ素含有樹脂を用いた、近赤外光で
の使用にも適したフッ素樹脂プラスチック光ファイバが
各種開発されている(例えば、特許文献1参照)。例え
ば、このプラスチック光ファイバには、コアの屈折率分
布をグレーテッドインデックス型で構成し、100Mb
ps以上の伝送レートで100m以上離れた2点間の伝
送を可能とするものが実現している。
ク光ファイバにあっては、強度補強のためクラッド10
2の外周に炭化水素系樹脂を用いた保護被覆103(図
4参照)を設けているものが知られている。この保護被
覆付きプラチック光ファイバは、例えば1m程度の長さ
(短距離)で使用する場合、光ファイバのコア101の
開口数(NA)以上の角度で光が入射すると、保護被覆
103と空気との屈折率差により、保護被覆103中を
その光が伝送することがある。
D(半導体レーザ)やLED(発光ダイオード)には、
集光用レンズを同時に使用することが多いが、コスト削
減のためにこの集光用レンズを用いない場合には、LD
やLEDから出射された光は、光ファイバに入射するま
でに拡散し、コア101以外の保護被覆103などにも
入射する場合がある。この場合、保護被覆103中を伝
播する光が伝送先などで受信信号の劣化などの不都合を
生じるおそれがある。
て、例えば850nm以上の波長を有する赤外光を用い
ると、保護被覆103中に存在する炭化水素樹脂により
吸収されるので、10m以上の距離を伝送させる場合に
は、その伝送先で保護被覆103中を伝送される光が観
察されることがない。
領域内の波長を有する光が使用される場合には、炭化水
素樹脂による吸収現象が起こりにくいので、保護被覆1
03中を伝送される光が伝送先で観察される場合があ
る。なお、波長800nm以上の赤外光を使用する場合
でも、伝送距離が数mといった短距離の場合には、保護
被覆103中を伝播するパルス光も伝送先の受光系に到
達する場合がある。
合、コア101よりも保護被覆103の方が屈折率が高
いので、コア101よりも保護被覆103の方がこれら
の内部を伝播する光の速度が遅い。このため、保護被覆
103中を伝播する光の方がコア101内部を伝播する
光よりも遅れを生じ、受光系では二つの分離したパルス
として観測される。その結果、ビットエラーを悪化さ
せ、デジタル通信の品質が低下して問題となっている。
源とともに集光用のレンズを組合わせて使用しない場合
や、また可視光や短距離通信での赤外光を使用する場合
であっても、不要な伝播光が保護被覆を伝播することが
なく、高品質の光通信を行うことができるプラスチック
光ファイバ、並びに前記プラスチック光ファイバを有す
る光ファイバケーブルを提供することである。
ッドに適宜の物質を含有する樹脂を用いて形成され、ク
ラッドの外周に形成される保護被覆部に炭化水素系樹脂
を用いたプラスチック光ファイバであって、前記保護被
覆部の最外層に特定波長または特定波長域の光を吸収す
る色素を含有した吸収層を形成したことを特徴とするプ
ラスチック光ファイバを提供する。
る樹脂を用いて形成されたことを特徴とするプラスチッ
ク光ファイバを提供する。
を伝播する光と同一波長を有し外部からこの吸収層に入
射する光を前記色素によって吸収させ、前記入射光がコ
ア及びクラッド内部への進入を防止するように構成した
ことを特徴とするプラスチック光ファイバを提供する。
形成されたことを特徴とするプラスチック光ファイバを
提供する。
または有機物を用いた顔料および両顔料を混合した顔料
を用いたことを特徴とするプラスチック光ファイバを提
供する。
することを特徴とする光ファイバケーブルを提供する。
施の形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係るフ
ッ素樹脂プラスチック光ファイバの構成を示す断面図で
ある。
ファイバは、中心部から順に、コア1と、クラッド2
と、保護被覆3と、着色層4とを備えており、特に、こ
の着色層4は、基材41中に青色の色素42を含有して
いる。
ばパーフルオロブテニルビニルエーテルホモポリマー
(屈折率n1=1.342)(旭硝子社製の商品名サイ
トップ)を基材として、さらにこれに屈折率を高めるた
めのドーパントとして基材よりも高い屈折率を有するパ
ーフルオロ化合物が添加されており、直径が120μm
に形成されている。
リフォーム法(押し出し成形法でもよい)を用い、熱拡
散等の方法により、中心部での屈折率が1.355であ
る正規(ガウス)分布に近い屈折率分布を有しており、
GI(グレーテッドインデックス)型を構成している。
なお、このコア1部分の屈折率分布としては、例えばS
I(ステップインデックス)型で構成してもよい。
同じフッ素樹脂を含有した、パーフルオロブテニルビニ
ルエーテルホモポリマーが使用されており、屈折率n2
=1.342を有し、層厚が115μm(外径が230
μm)に形成されている。
ア1及びクラッド2がフッ素を含有することにより材料
分散を低下させることができる。具体的には、他のプラ
スチック光ファイバ、例えばPMMA製光ファイバと比
べて可視光域から近赤外域にわたり材料分散が少なく、
石英製光ファイバと比べても可視光域での材料分散が少
ない。このような材料分散の低下は、コア1にパーフル
オロ化合物をドーピングすることにより一層顕著にな
る。
るように積極的にフッ素の含有を排除した材料を使用し
ており、この実施形態では、フッ素非含有樹脂として例
えば屈折率が1.492のポリメチルメタアクリレート
(PMMA)が厚さ246μm(外径が492μm)に
形成されている。なお、この実施形態ではこの保護被覆
3の方がコア1やクラッド2よりも屈折率が高い状態に
構成されているが、逆でもよい。
を伝播する光と同一波長を有し外部からこの吸収層4に
入射する光を後述する色素42によって吸収させ、吸収
層4側方からの入射光がコア1およびクラッド2内部へ
の進入を防止する構成となっている。また、この吸収層
4には、保護被覆3よりも屈折率の高い材料を基材41
に用いており、例えば厚さ7μm程度に形成されてい
る。なお、この実施形態の基材41には屈折率が1.5
48のUV硬化性エポキシアクリレートが用いられてお
り、加圧ダイスで形成している。
る光の波長、例えば赤色またはこれよりも長波長の信号
光を用いることを考慮し、このような波長の光が外部か
ら入射してもこの光を吸収してコア1、クラッド2への
進入を防止するため、コア1内の伝送波長と同一波長の
外来光を吸収できる色、例えばこの実施形態では青色の
色素42を含有させている。
顔料である適宜の無機物(例えばTiO2、ZnO、2
PbCO3など)と、この無機物に混合させた青色の顔
料である適宜の有機物(例えばフタロシアニン、ジオキ
サジン、アントラキノン系など)とで構成した。また、
この実施形態の吸収層4では、基材41に対して、色素
42を15重量パーセント混合させており、屈折率が保
護被覆3よりも高い(n=1.548)に設定されてい
るが、特にこの混合割合に限定しない。
コーティングで形成しており、付着強度の面から、この
実施形態では基材41にUV硬化樹脂を用いてUV硬化
を行わせているが、例えば熱硬化樹脂を基材41に用い
て、熱硬化させてもよい。なお、生産性の点からは、基
材41としてUV硬化樹脂の方が望ましいが、基材41
の屈折率については、特に制限はない。
に色素42を混入させているので、例えば外部からこの
フッ素樹脂プラスチック光ファイバに光が入射・透過し
ても、少なくとも、コア1内を伝送する信号光と同一波
長の外来光については、これが吸収層4を透過中に色素
42に衝突する際に吸収できる。その結果、フッ素樹脂
プラスチック光ファイバ内部のコア1への進入を防止で
きる。
今日、光通信では近赤外領域の光が使用されていること
から、500〜1300nmの波長域において吸収作用
を発現することが望ましい。
ック光ファイバを備える光ファイバケーブルを提供す
る。光ファイバケーブル自体の構成、構造には制限がな
く図2、図3に断面図にて示すものを例示できる。ま
た、使用材料も公知のもので構わない。
心に抗張力体10を備え、複数のスロット11が外周面
に等間隔で形成されたスロットロッド12の各スロット
11に、上記のフッ素樹脂プラスチック光ファイバ20
が1本ずつ収納されている。そして、外周面に押え巻テ
ープ13を巻装し、更に全体をシース14で被覆する。
なお、図中の符号15は、分岐の際にシース14を容易
に剥ぎ、ケーブル中のフッ素樹脂プラスチック光ファイ
バ20を取り出すための引裂き紐である。また、フッ素
樹脂プラスチック光ファイバ20が合計で12本収容さ
れた12線構成を示してあるが、これに限らずスロット
11及びフッ素樹脂プラスチック光ファイバ20の数を
適宜選択できる。
11に複数本(ここでは4本)の上記のフッ素樹脂プラ
スチック光ファイバ20を収納することもできる。
複数本のフッ素樹脂プラスチック光ファイバ20を収容
する場合、振動などによりフッ素樹脂プラスチック光フ
ァイバ20同士が衝突するのを防止するために、複数本
のフッ素樹脂プラスチック光ファイバ20を一括被覆し
てもよい。その際、図示は省略するが、例えば特開平1
1−231181号公報に記載のように、フラットケー
ブル化してもよい。さらには、例えば特開平11−20
2171号公報に記載のように、フラット化したものを
複数積層してもよい。
る。前述したように、着色層4の基材41として用いる
樹脂の屈折率については制限がなく、例えば保護被覆3
の屈折率よりも高くても低くてもよい(この実施形態で
は着色層4の方が高い)ので、それぞれの場合に分けて
説明する。
覆3よりも屈折率が高い(または同じ)場合:例えば光
源からコアへ入射させる特定波長λの信号光の一部が保
護被覆3中に入り込んできたとする。ところが、この保
護被覆3は、屈折率の関係から、基材との間で全反射を
起こさない。従って、保護被覆3中を伝播する信号光の
うち吸収層4との界面に向かって進行する光は、吸収層
4に対していずれの角度であっても(臨界角を越えてい
る場合でも)透過して吸収層4へ漏れていくこととな
る。その結果、保護被覆3中を伝播する光を除去でき
る。
らの光のうち、この吸収層4から外部との界面に向かう
光は、臨界角度以上でその界面に向かう場合に外部へ逃
がすことができる。一方、臨界角度以下でその界面に向
かう光については、全反射を起こすので、吸収層4から
外部へほとんど逃がすことができない。ところが、この
吸収層4中にその波長の光を吸収できる色素42を混合
させてあるので、外界との界面で全反射して外部へ逃が
すことができなかった光であっても、この色素42で吸
収させて除去できるわけである。なお、外部から吸着層
4に入射する外来光についても、同様に色素42で吸収
させて除去できる。
覆3よりも屈折率が低い場合:保護被覆3中を伝播する
信号光のうち吸収層4との界面に向かって進行する光の
うち、吸収層4との界面に対して臨界角を越えて進行す
る光は、その界面を透過して吸収層4へ漏れ出すので、
保護被覆3中を伝播する光を除去できる。一方、臨界角
を越えていない保護被覆3中の光は吸収層4との界面で
全反射を起こすが、一部の光が、つまり微視的に見ると
所謂エバネッセント光が吸収層4へ染み出す。
媒体の屈折率に反比例する。ここで、この(2)の場合
には、基材41の屈折率が(1)の場合に比べて低いの
で、前述したエバネッセント光は、(1)の場合の吸収
層4内の速度より早い速度で吸収層4内を進行する。換
言すれば、単位時間当たりの移動距離が長いので、
(1)の場合よりも単位時間当たりの色素42に衝突す
る確率が高い。これにより、短時間で速やかに、しかも
効率よく、吸収層4へ染み出したエバネッセント光を吸
収・除去できる。また、この色素42によるエバネッセ
ント光の吸収・除去作用は、保護被覆3中を伝播する光
が吸収層4との界面で全反射を繰り返すたびに行われる
ので、保護被覆3中を伝播する光を次第に減衰できる。
なお、外部から吸着層4に入射する外来光については、
(1)の場合と同様に色素42で吸収、除去できる。
ファイバおよび光ファイバケーブルに関して詳述してき
たが、本発明のフッ素樹脂プラスチック光ファイバおよ
び光ファイバケーブルは他のプラスチック製の光ファイ
バと同様に、石英製の光ファイバに比べて損失が大きい
ものの、可撓性に優れコア1を大きくしても折れにくい
という特性を有することから、特にLANなどの短距離
通信に適しているといえる。
ァイバAと、本発明のプラスチック光ファイバBとにつ
いて、それぞれ長さ1.8mのものを用いて、信号パル
ス光の伝播特性を比較する実験を行ってみた。
には、クラッドとして旭硝子製のパーフルオロブテニル
ビニルエーテルホモポリマー(屈折率n1=1.34
2)(旭硝子社製の商品名サイトップ)と、この中心に
クラッドよりも屈折率の高いドーパントを拡散させて所
要の屈折率分布を形成させたコアとを有するベアファイ
バ(素線)を用い、このベアファイバ(素線)にポリメ
チルメタアクリレート(PMMA)の保護被覆を設け
た。
には、コア1、クラッド2および保護被覆3に比較例の
プラスチック光ファイバAと同一のものを用いた。ま
た、この保護被覆3外周には、基材41としてUV硬化
性エポキシアクリレートを用いこれに青色の色素を含有
した吸収層4を、公知のUV照射装置により与える熱量
がこのプラスチック光ファイバBの軟化熱量以下となる
ように線速及びUV照射強度を適宜に調整して、7μm
の厚さで形成した。なお、これらの光ファイバA、Bの
コア径、クラッド径、保護被覆径は同一寸法であって、
それぞれ、120μm、230μm、492μmとし
た。
10nm;近赤外光)を用い、パルス幅50ps(ピコ
秒)のパルスをNA=0.25のレンズ系を用いてこれ
らのプラスチック光ファイバA、Bに入射させた。な
お、このプラスチック光ファイバA、Bの入射端面は光
学ステージに固定されており、この光学ステージを微動
させることで、入射端面の様々な位置にパルスを入射で
きる構成とした。そして、これらのプラスチック光ファ
イバA、Bの出射端面からのパルス波形を浜松ホトニク
ス社製のサンプリング光オシロスコープOOS−01で
観察した。
置にプラスチック光ファイバA、Bの入射端面のコア中
心位置がくるように光学ステージで調整したのち、それ
ぞれのプラスチック光ファイバにパルスを入射してみる
と、どちらのプラスチック光ファイバA、Bにも、コア
を伝播するパルス以外のパルスは確認できなかった。 (2)一方、レンズ系の焦点位置からプラスチック光フ
ァイバA、Bの軸方向に沿って1mmだけ後方に入射端
面のコア中心を配置させた場合には、保護被覆3にも発
光源からのパルスの一部が入射し、比較例のプラスチッ
ク光ファイバAでは、コアを伝播する主パルスに0.8
8ns遅れて保護被覆中を伝播する2次パルスが観察さ
れた。これに対して、プラスチック光ファイバBでは、
主パルスに遅れた2次パルス(光通信を阻害する)は、
観察することが全くできなかった。これにより、高品質
の光通信が可能であることが確認できた。
覆3に「例1」の比較例のプラスチック光ファイバAと
同一のものを用い、この保護被覆3外周には、基材41
としてUV硬化性エポキシアクリレートを用いこれに無
機顔料としてカーボンブラックを含有した吸収層4を、
公知のUV照射装置により与える熱量がこのプラスチッ
ク光ファイバAの軟化熱量以下となるように線速及びU
V照射強度を適宜に調整して、7μmの厚さで形成した
プラスチック光ファイバCを製作した。なお、このプラ
スチック光ファイバCのコア径、クラッド径、保護被覆
径はプラスチック光ファイバA,Bと同一寸法であっ
て、それぞれ、120μm、230μm、492μmと
した。プラスチック光ファイバCについてもプラスチッ
ク光ファイバAと同様に保護被覆を伝搬するパルスは観
察されなかった。
いて紫外線照射試験を行い、試験後のファイバに対して
曲げ半径15mmで1000回繰り返し曲げ試験を行い
補強層の脆化を比較したところ、プラスチック光ファイ
バAは曲げ回数1000回以内で破断したがプラスチッ
ク光ファイバCには破断は発生しなかった。このことか
ら、カーボンブラックにより紫外線が吸収され、保護被
覆3の脆化を防止することが可能となることがわかる。
一仕様を例示する。すなわち、図2に示すように、直径
11.5mmで、中心に直径1.6mmのブルーイング
鋼線からなる抗張力体10を有し、外周に等間隔で12
条のスロット11が形成されたポリエチレン製のスロッ
トロッド12の各スロット11に、「例1」にて作製し
たプラスチック光ファイバBを1本ずつ収容し、厚さ
0.18mmで幅30mmのポリエステル製の押え巻テ
ープ13を3重に巻き、全体を厚さ1.0mmの難燃ポ
リエチレン製シース14で被覆する。尚、引裂き紐15
は1000デニールのパラ系全芳香族ポリアミド繊維を
用いる。
アおよびクラッドに適宜の物質を含有する樹脂を用いて
形成され、クラッドの外周に形成される保護被覆部に炭
化水素系樹脂を用いたプラスチック光ファイバであっ
て、保護被覆部の最外層に特定波長または特定波長域の
光を吸収する色素を含有した吸収層を形成しており、短
距離、かつ、高ビットレートの光伝送で使用する場合に
問題になる保護被覆中を伝播する光の発生を阻止でき、
伝送エラーの発生を防止できる。
をプラスチック光ファイバのコアに焦点を結ばせるため
に従来使用した高価なレンズ付パッケージのLDやLE
D、または光源とは別に従来必要とした外付けレンズが
不要になるので、換言すれば、レンズ無しでパッケージ
化された安価なLDやLEDなどでも、保護被覆中を信
号光が伝播するトラブルを防止可能になり、延いては伝
送装置のコストダウンも可能となる。
ァイバの最外層に吸収層を設けることで、プラスチック
光ファイバのコア中を伝播する信号光と同一波長の光が
外部から入射しても、これを吸収層の色素で吸収できる
ので、コアに進入して信号光を乱すことがなく、高品質
の光通信が可能になる。
イバをケーブル等の被覆なしに敷設しても日光や蛍光灯
の光に含まれる紫外線による保護被覆の劣化を防止する
ことも可能となる。
着色層を設けることで、多数のプラスチック光ファイバ
を集合して使用する場合に個々のプラスチック光ファイ
バを容易に識別することもでき、多心数のプラスチック
光ファイバに対して各種の作業を効率良く行うことがで
きる。
上記の各特性を有するフッ素樹脂プラスチック光ファイ
バを備えることから、集光用のレンズを組合わせて使用
しない場合や、可視光や短距離通信での赤外光を使用す
る場合であっても、不要な伝播光が排除され、高品質の
光通信を行うことができる。
ク光ファイバの構成を示す断面模式図である。
用いた光ファイバケーブルの一例を示す断面図。
用いた光ファイバケーブルの他の例を示す断面図。
面模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】コアおよびクラッドに適宜の物質を含有す
る樹脂を用いて形成され、クラッドの外周に形成される
保護被覆に炭化水素系樹脂を用いたプラスチック光ファ
イバであって、 前記保護被覆の最外部に特定波長または特定波長域の光
を吸収する色素を含有した吸収層を形成したことを特徴
とするプラスチック光ファイバ。 - 【請求項2】コア及びクラッドは、フッ素を含有する樹
脂を用いて形成したことを特徴とする請求項1に記載の
プラスチック光ファイバ。 - 【請求項3】前記吸収層は、少なくともコア内部を伝播
する光と同一波長を有し外部からこの吸収層に入射する
光を前記色素によって吸収し、前記入射光がコア及びク
ラッド内部への進入を防止するように構成したことを特
徴とする請求項1または2に記載のプラスチック光ファ
イバ。 - 【請求項4】前記吸収層は、コーティングにより形成し
たことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
のプラスチック光ファイバ。 - 【請求項5】前記色素に、無機物を用いた顔料、または
有機物を用いた顔料および両顔料を混合した顔料を用い
たことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載
のプラスチック光ファイバ。 - 【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項に記載のプラ
スチック光ファイバを有することを特徴とする光ファイ
バケーブル。
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