WO2008026735A1

WO2008026735A1 - 光ファイバおよび光ファイバテープならびに光インターコネクションシステム

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Publication number: WO2008026735A1
Application number: PCT/JP2007/067055
Authority: WO
Inventors: Ryuichi Sugizaki; Iwao Shimotakahara; Harumi Inaba; Takeshi Yagi
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2009-02-28
Also published as: EP2058683A4; CN101371174A; WO2008026735A9; EP2058683A1; US20080226241A1; US7574088B2; JP2008058664A

Abstract

　コアとクラッドとを有し石英系ガラスからなる光ファイバであって、波長１３００ｎｍにおけるモードフィールド径が６．５μｍ以上であり、波長１２５０ｎｍの光をシングルモード伝搬し、曲率半径１．５ｍｍで曲げたときの波長１３００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下である。これによって、曲げ損失及び接続損失の両損失の低減を実現し、高速光伝送を行える光ファイバおよび光ファイバテープを得て、これにより容易に光インターコネクションシステムを構築する。

Description

明細書

光ファイバおよび光ファイバテープならびに光インターコネクションシステム技術分野

[0001] 本発明は、機器内光配線用の光ファイバに関し、特に小さな曲率半径にて曲げることカできる光ファイバと、この光ファイバ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システム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、電気伝送方式と光インターコネクシヨ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 lm及び伝送速度 lOGbps程度が伝送限界となることが分かってきている。

[0003] 一方、光インターコネクション方式は、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注目されてレ、る。

[0004] また、光インターコネクション方式の光伝送手段のひとつとして光ファイバを用いた方式が注目されている。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、光インターコネクション方式に用いる光フアイノとしては、フレキシブルな配線が可能であり、光ファイバと光ファイノく、或いは光ファィバと光源等の光部品間接続における接続損失の小さい光ファイバが望まれている

〇

[0005] 一方、光源としては、アクセス系、イーサネット（登録商標）及びファイバーチャネル用アンク一ルド（uncooled)光源として、直接変調 2· 5Gbpsから l OGbpsで動作する面発光レーザ（Verticaト Cavity Surface-Emitting Laser、以後、 VCSELと記述）が注目されて!/、る。 VCSELは分布帰還型 (DFB)レーザなどの端面出射型のレーザと比べ以下の特徴を持つ。

[0006] (a) レーザ光が、基板表面から垂直に出射する。

(b) 多チャンネルアレイ化が容易である。

(c) 低しきい値、低消費電力にて動作可能である。

(d) 出射面の反射率が高ぐ戻り光に強い（アイソレータフリー）。

(e) ビーム出射形状が円形であり、ファイバとの結合率が高い（レンズフリー）。

[0007] 以上のようにアイソレータ、レンズなどの部品点数を減らすことができることから、 VC

SELはモジュールとしてコスト削減を図ることが可能なデバイスである。既に GaAs/ AlGaAs量子などを活性層として用いた波長 850nm帯 VCSELは、短距離通信用レーザ素子のデファクトスタンダードとして広く普及しつつある。この場合に用いられる代表的な光ファイバとしては、マルチモードファイノ（以後、 MMFと記述）の一種である石英系のグレーデッドインデックス光ファイバが挙げられる。

[0008] MMFはシングルモードファイノ（以降、 SMFと記述）の 10倍程度のコア径を有し、開口数が大きい特徴を持つ。したがって、光ファイバと光ファイバ、或いは光ファイバと光源等の光部品間接続の際に高い精度を必要とせず、容易な接続が可能である。

[0009] 近年、さらなる高速伝送を行うことを目的として、 MMFと比較してより低損失かつ広帯域な SMFの適用が検討されはじめている。この場合に用いられる光源として、石英系光ファイバの低損失帯である 1. 3 111帯（1300 ± 501 111)に発振波長を有する VCSELが注目されており、盛んに研究開発が行われている。

[0010] し力、し、 ITU— Γ (International elecommunication Union Ί eiecommunication ¾ tandard Sector) G. 652で規定される標準 SMFでは、機器内に収納する際に大きな曲げ損失が発生するので対応することができない。

[0011] また、曲げ損失を改善した SMFとしては、 FTTH (Fiber To The Home)に好適に用いられる光ファイバとして、標準 SMFのクラッド部分にクラッドよりも低屈折率部分を有するトレンチ型屈折率プロファイルを有する光ファイバが報告されて!/、る（例えば、非特許文献 1)が、光インターコネクションシステムに用いるには不十分である。

[0012] 非特許文献 1：池田真挙、松尾昌一郎、姫野邦治「接続損失低減型低曲げ損失光フアイバ」電子情報通信学会信学技報 OCS2003-43，OFT2003-25(2003-8) 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] ところで、前述したように、光インターコネクションシステムに用いる光ファイバとしては、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ヨ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

[0014] また、標準 SMFでは膨大な曲げ損失が生じてしまい、対応不可能となる。そこで、光ファイバの曲げ損失を低減することが必要となるが、前述した非特許文献 1に記載の光ファイバをはじめとする FTTHに好適に用いられる曲げ損失を改善した SMFであっても、光インターコネクションシステムに用いるには不十分である。

[0015] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、曲げ損失及び接続損失の両損失の低減を実現し、高速光伝送を行える光ファイバおよび光ファイバテープを得て、これにより容易に光インターコネクションシステムを構築することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0016] 上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、コアとクラッドとを有し石英系ガラスからなる光ファイバであって、波長 1300nmにおけるモードフィ一ノレド径カ . 5 111以上であり、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬し、曲率半径 1. 5mmで曲げたときの波長 1300nmにおける曲げ損失が ldB/ターン以下であることを特徴とする。

[0017] また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、クラッドの直径が 65〃 m 力、ら 90 mであることを特徴とする。

[0018] さらに、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、中心部に位置する第 1 コアのクラッドに対する比屈折率差（Δ 1)が 0. 6%以上 0. 8%以下、 α値が 1. 5以上であり、第 1コアを取り囲む第 2コアのクラッドに対する比屈折率差（Δ 2)がー 0. 0

5%以下であることを特徴とする。

[0019] さらに、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、光ファイバは紫外泉硬化樹脂および熱可塑性樹脂ならびに熱硬化樹脂の少なくともいずれか一つでなる被覆を有し、該被覆が難燃性を有するものであることを特徴とする。

[0020] さらにまた、本発明に係る光ファイバテープは、上記のいずれか 1つの発明に係る光ファイバが平行に並べられて平帯状に一体化されていることを特徴とする。

[0021] また、本発明に係る光ファイバテープは、上記の発明において、平帯状に一体化された複数の光ファイバは、難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂ならびに難燃熱硬化樹脂の少なくともいずれか一つでなるテープ被覆を有することを特徴とする。

[0022] さらに、本発明に係る光インターコネクションシステムは、通信波長 1. 3 111帯の光インターコネクションシステムであって、コアとクラッドとを有し石英系ガラスからなる光ファイバであって、波長 1300nmにおけるモードフィールド径が 6· 5 m以上であり、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬し、曲率半径 1. 5mmで曲げたときの波長 1300nmにおける曲げ損失が ldB/ターン以下となる特性を有し、光信号を伝送する光ファイバと、光ファイバに波長 1. 3 πι帯の光信号を入射する面発光レーザと、を備えたことを特 ί毁とする。

[0023] また、本発明に係る光インターコネクションシステムは、上記の発明にお!/、て、光フアイバが平行に並べられて平帯状に一体化されていることを特徴とする。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、曲げ損失及び接続損失の両損失の低減を実現し、高速光伝送を行える光ファイバおよび光ファイバテープを得て、これにより光インターコネクションシステムを容易に構築することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、単峰型屈折率プロファイルにおける曲げ損失と MFDの関係（曲げ半径は 1 · 5mm、カットオフ波長 1300nmに設定）を示すグラフである。

[図 2]図 2は、各 MFDにおける同種光ファイバ接続時の軸ずれ量と接続損失の関係

[図 3]図 3は、曲げ半径 5mm、 1ターン、寿命 5年とした場合の破断確率とクラッド径の

[図 4]図 4は、シミュレーションに用いる W型屈折率プロファイルを示す図である。 [図 5]図 5は、図 4、図 6、図 7に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバにおける各パラメータの設定時の特性一覧を示す図表である（MFD、曲げ損失、分散値は、波長 1300nmにおける値である）。

[図 6]図 6は、シミュレーションに用いる Wセグメント型屈折率プロファイルを示す図である。

[図 7]図 7は、シミュレーションに用いる疑似 W型屈折率プロファイルを示す図である。

[図 8]図 8は、本発明の実施の形態に係る通信波長 1. 3 m帯の光インターコネクシヨンシステムの構築例を示す斜視図である。

[図 9]図 9は、図 8の光インターコネクションシステムの構築例において用いた細径光ファイバの横断面図である。

[図 10]図 10は、図 8の光インターコネクションシステムの構築例において用いた 12心細径光ファイバテープの横断面図である。

符号の説明

10 光ファイバ

11 第 1コア

12 第 2コア

15 クラッド

21 第 1コア

22 第 2コア

23 第 3コア

31 第 1コア

32 第 2コア

33 第 3コア

40 光ファイバテープ

41 LSI

42 電気配線

43 ドライバ IC

44 VCSEL (面発光レーザ) 46a, 46b コネクタ接続部

47 バックプレーン

48a, 48b プリン卜基板

49 PD

52 1次被覆樹脂

53 2次被覆樹脂

54 テープ用被覆樹脂

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下に、本発明に係る光ファイバの実施の形態を詳細に説明する。尚、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

[0028] 本発明に係る光ファイバは、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬することによつて、 1. 3 m帯にわたって低損失の高速光伝送が可能となるものであり、波長 130 Onmにおけるモードフィールド径が 6. 5 m以上であることによって、光ファイバ同士の接続損失が低減でき光インターコネクションシステムの構築が容易となるとともに、曲率半径 1. 5mmで曲げたときの波長 1300nmにおける曲げ損失が ldB/ターン以下であることによって、光ファイバのフレキシブルな配線とコンパクトな収納が可能となるものである。以下、具体的に説明する。

[0029] まず、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。実際の機器内光配線形態においては、配線後の光フアイバには最終的に曲率半径 1. 5mm程度の曲げが数箇所加わることが想定される場合がある。この場合、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 1. 5mmの曲げが 1ターン（本明細書では、曲げが形成されてレ、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）加わった場合に曲げ損失が ldB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!/、える。

[0030] 通常、標準 SMFにおいて、曲げ損失を低減するためには基本モードの実効屈折率を高くする必要がある。一般的に、基本モードの実効屈折率を高くする場合、光フアイバの屈折率プロファイルにおいて、コアークラッド間の比屈折率差 Δを大きくする方法が用いられる。比屈折率差 Δは次式（1)で定義される。 n 、n はそれぞれコ

core clad

ァ領域及びクラッド領域の屈折率である。

[0031] Δ = { (η -η ) /η } Χ 100 [%] (1)

core clad core

[0032] 図 1は単峰型屈折率プロファイルの光ファイバにおいて、コアの比屈折率差 Δ、コァ径、及びコアの屈折率分布形状を表すパラメータである α値を種々に変化させた場合の、波長 1300nmにおけるモードフィールド径（以下、 MFDと記述） m]と波長 1300nmにおける曲げ半径 1 · 5mmの 1ターンあたりの曲げ損失 [dB/ターン]の関係をシミュレーションにより求めた結果を示している。カットオフ波長は 1300nmに固定している。なお、コアの屈折率分布形状を表す α値を αとすると、 αは式（2)のように定義される。

[0033] n² (r) =n ² X { 1 - 2 X ( Δ /100) X (2r/a) ^ α }

core

(但し、 0<r< a/2) (2)

[0034] 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、 aはコアの直径を表している。また、記号「」はべき乗を表す記号である。一般的に単峰型屈折率プロファイルの光ファイバにおいては比屈折率差 Δを高くすると MFDは小さくなる力図 1より、比屈折率差 Δを高くすることによって MFDを小さくすると、曲げ損失を低減すること力 Sできること力 Sゎカゝる。また、直を変化させても、曲げ損失と MFDの関係は変化しないことがわかる。つまり、単峰型屈折率プロファイルにおいて曲げ損失と MFDの関係は、第 1コアの屈折率分布形状に依存せず一定である。また、同図より曲げ損失 1. OdB/ターン以下を実現するためには約 6. 2〃m 以下の MFDが必要であることがわ力、る力この MFDの値を実現するには約 0. 9% 以上の比屈折率差 Δが必要である。 [0035] また、曲げ損失が小さくなるほど、 MFDは小さくなる。例えば、 Δ =0. 9%、 a = 2 . 0の単峰型屈折率プロファイルの場合、曲げ損失は 0. 8dB/ターンとなる力 S、 MF Dは 6· 1 m程度まで減少する。

[0036] ここで、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、光フアイバゃ VCSELなどの光部品間の接続は空間結合によって接続されることが想定される。通常、光導波路を空間結合によって接続する場合、接続損失が生じる。この接続損失 Tは結合効率 7]によって決まり、次式 (3)から（5)を用いて理論的に計算すること力 Sできる。

τ] = κ X exp{ - κ X [ (l/w ²+ l/w ²) Χ χ ²/2] } (4)

1 2 0

κ =4/ { (w w +w w ) + (( λ X∑■/ ( X w X w ) } (5)

1 2 2 1 1 2

[0038] w、 wは接続する各光ファイバの MFD、 xは接続ファイバ間の光軸ずれ量（以下

1 2 0

、軸ずれ量と記載）、 λは使用波長、 ζは光ファイバ端面間距離を表している。上式の場合、両ファイバの光軸は平行であると仮定してレ、る。

[0039] 式（3)から（5)によって求めた同種光ファイバ同士の空間接続において、軸ずれ量と波長 1300nmにおける接続損失の関係を図 2に示す。図 2は凡例に示す 3. 0〜7 . 0 H mの各 MFDにおける同種光ファイバ接続時の軸ずれ量と接続損失の関係を示すグラフである。横軸は同種光ファイバ接続時の軸ずれ量 m]を示し、縦軸は同種光ファイバ接続時の接続損失 [dB]を示している。

[0040] 図 2に示す関係は接続光ファイバ端面間距離 zを零として計算したものである。図 2 より、軸ずれ量が大きくなるのにしたがって、接続損失が増大することが分かる。また、接続する光ファイバの MFDが小さいほど軸ずれ量に対する接続損失増加傾向が大きくなること力分力、る。軸ずれ量及び MFDは光ファイバと VCSEL等の光源、光フアイバと PD等の受光部、または光ファイバ同士の接続時に重要なパラメータとなる。現状での製造誤差による軸ずれの最大値は、ある場合には 1. 5 111程度になり得るため、最悪値設計の観点から 1. 5 πι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。

[0041] 例えば、 VCSEL— PD間を光ファイバで接続した高速光インターコネクションシステムの構築を想定する。 VCSELの光出力値としては、高温動作時において出力が低下する傾向があることを考慮に入れ、 l OdBm程度とし、 PDの最低受光感度は 16dBmとする。この場合、光リンクロスバジェットとしては 6dB程度しか確保されない。ここで、具体的な光配線形態を考える。光ファイバ VCSEL間接続が 1箇所、光ファイバ同士の接続が 5箇所、光ファイバ—PD間接続力箇所存在し、各接続点において最悪値設計の観点から 1. 5 inの軸ずれが存在していると仮定する。前記接続箇所の中で、 VCSEL 光ファイバ間及び、光ファイバ—PD間において、両部品の MFDを 5から 7 m、角度ずれ量が 3° 存在するとした場合、合計 1. 5dB程度の接続損失が生じる。そのため、光ファイバ一光ファイバ間の許容総接続損失としては 4. 5dB以下、即ち一接続箇所あたりの接続損失を 0. 9dB以下にすることが必要となる。この条件を満足させるためには、図 2に示すように、 MFDは最低 6. 5 111必要である。上記の曲げ損失を低減した Δ = 0. 9%、 α = 2. 0の単峰型屈折率プロフアイルの場合、 MFDは 6. 1 m程度であるため、 1接続箇所あたり最大 1. l dBもの接続損失が生じる。したがって、この場合の総接続損失は 5. 5dB程度となり、高速光インターコネクションシステムの構築が難しレ、とレ、うことになる。

[0042] 以上のように光ファイバ屈折率プロファイルの設計において、曲げ損失を低減させるため比屈折率差 Δを高くした場合、 MFDが低下し、接続損失が増加してしまう。すなわち、曲げ損失と接続損失の間にはトレードオフの関係が存在している。また、図 1 に示すように単峰型屈折率プロファイルにおいては、第 1コアの屈折率分布形状を変化させても、前記トレードオフの関係は全く改善されない。

[0043] 本実施の形態の光ファイバは、コアの屈折率プロファイルを、 2層構造の W型屈折率プロファイル或いは 3層構造の Wセグメント型屈折率プロファイル、擬似 W型屈折率プロファイルとし、さらにこれらの構造パラメータを最適化することで、曲げ損失接続損失のトレードオフの関係を改善する。

[0044] すなわち、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ぐ 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コアとしてクラッドよりも屈折率の低!/、ディプレスト層を設けた W型プロファイルなどにお!/、ては、単峰型プロファイルと同等の曲げ損失、カットオフ波長を維持しつつ 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しないため、カットオフ波長の調整のために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コァの形状が 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、ディプレスト層の比屈折率差 Δの大きさ、層幅には敏感には影響されない。

[0045] 一方、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 1. 5mm程度の曲げ以外に、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!/、曲げが加わることが考えられる。曲げ半径 1. 5mm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力 S、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率半径の小さい曲げを加えた場合、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。

[0046] なお、曲げ損失は曲げ半径により異なり、曲げ半径が 1. 5mmから 5mmまで拡大すると曲げ損失は 2ケタ程度低減され、曲げ半径 1. 5mmで 10dB/ターンの光ファィバでも曲げ半径 5mmでは 0. ldB/ターン程度まで改善される。したがって曲げ半径 lmmで ldB/ターンを満たしていれば、光ファイバの配線時に半径 5mm程度の曲げが加わってもロス変化は誤差の範囲である。

[0047] 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、光ファイバには曲げ半径 r= 5mm程度 1ターン相当の曲げが存在することを想定する。この場合の光ファイバのクラッド径とファイバ破断確率のシミュレーションによって求めた関係を図 3に示す。

[0048] 図 3は曲げ半径 5mm、 1ターン、寿命 5年とした場合の破断確率とクラッド径の関係を示すグラフである。縦軸は破断確率 [%]を示し、横軸はクラッド径 m]を示している。このシミュレーションにおいては、スクリーニングレベルを 1 · 5%、被覆材との間の疲労係数を 18、製品寿命を 5年とした。光ファイバのクラッド径 125 mの場合の光ファイバの破断確率は 5年以内に 100%に達してしまい、システム構築が不可能となる。しカもクラッド径を 90 mに縮小した場合のファイバ破断確率は 0. 9%となり、 125 111の場合の 0. 3%程度にまで低減できる。システム設計上、破断確率は 1. 0 %以下になることが好ましい。通常の光ファイバは曲げロスの発生という観点において曲げによる破断率を向上させる要求はそれほど強くないが、光インターコネクションのように小径に曲げられる場合、上記のような小径巻きつけによる破断率を低減させることによる ¾]果は大さい。

[0049] 一方、 SMFでは、 MFDに対して約 10倍程度までのクラッド領域が伝送損失に影響を与えると言われている。このため 6. 5 m以上の MFDを有する本用途のフアイバでは、 65 m以上のクラッド径であれば、クラッド径の縮小による伝送損失の増大は起こらない。

[0050] すなわち、本実施の形態の光ファイバは、クラッド径を縮小させて 65 H m力、ら 90 μ m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している。

[0051] 以下、本実施の形態の光ファイバについてシミュレーション結果を用いてさらに詳細に説明する。図 4に示すような W型屈折率プロファイルを有する石英系ガラスからなるクラッド径 80 mの光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。図 4に示す W型屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいては、中心部に位置し、ゲルマ二ゥムをドープした第 1コア 11 (直径 a)が設けられ、この第 1コア 11を取り囲むフッ素をドープした第 2コア 12 (直径 b)が設けられている。そして、第 2コア 12を取り囲む純粋な石英からなるクラッド 15が設けられている。図 4に示す W型屈折率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番号 A1から A7の光ファイバの特性のシミュレーション結果を図 5に示す。なお、上述した純粋な石英とは、屈折率調整用ドーパントを含まない石英を意味し、屈折率に影響を及ぼさない C1元素などは含まれていてもよい。

[0052] 比屈折率差 Δ 1及び比屈折率差 Δ 2は、それぞれ、クラッド 15に対する第 1コア 11 の比屈折率差、及びクラッド 15に対する第 2コア 12の比屈折率差であり、下記式（6) 及び（7)で示される。

[0053] Δ 1 = { (η -η ) /η } Χ 100 [%] (6)

cl c c

Δ 2= { (η -n ) /n } X 100 [%] (7)

c2 c c

[0054] ここで、 n は第 1コア 11の最大屈折率、 n は第 2コア 12の最小屈折率、 nはクラッ

cl c2 c ド 15の屈折率である。また、第 1コア 11の α値を α ΐとする。

[0055] また、 W型屈折率プロファイルにおいて、第 1コア 11の直径 aは、第 1コア 11と第 2コァ 12の境界においてクラッド 15と同じ屈折率を有する位置での径とし、第 2コア 12の直径 bは、第 2コア 12とクラッド 15の境界において後述する比屈折率差 Δ 2の 1/2の比屈折率差を有する位置での径とする。

[0056] 番号 A1と A7の光ファイバについては第 1コア 11の α値は十分に大きく第 1コア 11 の形状がステップ型とみなせるため、図 5において α ΐを stepと記載した。図 5の番号 A1力、ら A7の光ファイバにおいて、波長 1300nmにおける MFDが 6. 5〃m以上となり、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬し、かつ半径 1. 5mmで曲げたときの曲げ損失が ldB/ターン以下であるのは、番号 A1から A4のものである。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型プロファイルを有する光ファイバに関しては、第 1コア 11の比屈折率差（Δ 1)を 0. 6%以上 0. 8%以下、 α値を 1. 5 以上とし、第 2コア 12の比屈折率差（Δ 2)を— 0. 05%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力、つた。特に、第 2コア 12の比屈折率差（Δ 2)は— 0. 05%以下とすればよい、すなわち、第 2コア 12の屈折率はクラッド 15の屈折率に対してわずかに低下させるだけでよ!/、ので、屈折率プロファイルの設計の自由度が高くなり、製造性も高いものとなる。

[0057] なお、本明細書におけるカットオフ波長とは ITU—T G. 650. 1に規定されたファィバカットオフ波長え cとする。その他、本明細書で特に定義しない用語については I TU-T G. 650. 1における定義、測定方法に従うものとする。

[0058] つぎに、図 6に示すような Wセグメント型プロファイルを有するクラッド径 80 mの石英系ガラスからなる光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。図 6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は、中心部に位置し、ゲルマニウムをドープした第 1コア 21 (直径 a)が設けられている。この第 1コア 21を取り囲み、フッ素をドープした第 2コア 22 (直径 b)が設けられている。そしてさらに、この第 2コア 22 を囲み、ゲルマニウムをドープした第 3コア 23 (直径 c)が設けられている。そして、第 3コア 23を取り囲み、純粋な石英からなるクラッド 15が設けられている。比屈折率差 Δ 3はクラッド 15に対する第 3コア 23の比屈折率差であり、下記式（8)で示される。

[0059] Δ 3= { (η -η ) /η } Χ 100 [%] (8)

[0060] ここで、 n は Wセグメント型プロファイルにおける第 3コア 23の最大屈折率である。

なお、 Wセグメント型屈折率プロファイルにおいて、第 1コア 21の直径 aは、第 1コア 2 1と第 2コア 22の境界においてクラッド 15と同じ屈折率を有する位置での径とする。第 2コア 22の直径 bは、第 2コア 22と第 3コア 23の境界において比屈折率差 Δ 2の 1 /2の比屈折率差を有する位置での径とする。第 3コア 23の直径 cは第 3コア 23とクラッド 15の境界において比屈折率差 Δ 3の 1/10の比屈折率差を有する位置での径とする。

[0061] 図 6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適宜設定した場合の光ファイバの特性のシミュレーション結果を図 5の番号 Bに示す。この結果、 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も、各パラメ一タの設定によって所望の特性を持つ光ファイバが得られることが分かった。

[0062] つぎに、図 7に示すようなクラッド径 80 H mの擬似 W型プロファイルを有する石英系ガラスからなる光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。図 7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は、中心部に位置し、ゲルマニウムをドープした第 1コア 31 (直径 a)が設けられている。この第 1コア 31を取り囲み、純粋なシリ力ガラスからなる第 2コア 32 (直径 b)が設けられている。そしてさらに、この第 2コア 32 を取り囲み、ゲルマニウムをドープした第 3コア 33 (直径 c)が設けられている。そして、第 3コア 33を取り囲み、クラッド 15が設けられている。比屈折率差 Δ 3はクラッド 15 に対する第 3コア 33の比屈折率差であり、下記式（9)で示される。

[0063] Δ 3= { (η -η ) /η } Χ 100 [%] (9)

[0064] ここで、 n は擬似 W型プロファイルにおける第 3コア 33の最小屈折率である。なお

、擬似 W型屈折率プロフアイノレにおいて、第 1コア 31の直径 aは、第 1コア 31と第 2コァ 32の境界において比屈折率差 Δ 1の 1/10の比屈折率差を有する位置での径とする。第 2コア 32の直径 bは、第 2コア 32と第 3コア 33の境界において比屈折率差 Δ 3の 1/2の比屈折率差を有する位置での径とする。第 3コア 33の直径 cは第 3コア 3 3とクラッド 15の境界において比屈折率差 Δ 3の 1/2の比屈折率差を有する位置での径とする。

[0065] 図 7に示す擬似 W型屈折率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適宜設定した場合の光ファイバの特性のシミュレーション結果を図 5の番号じに示す。この結果、擬似 W型屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいても、各パラメータの設定によって所望の特性を持つ光ファイバが得られることが分力、つた。

[0066] つぎに、本発明の実施の形態に係る光インターコネクションシステムについて説明する。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 125 H mに対し、被覆後外径 250 μ m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、 250 m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、被覆後外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 65〜90 111の細径光ファイバを用いることが好ましレ、。細径光ファイバを用いた狭レ、ピッチの光ファィバテープは、配線のフレキシビリティが高ぐ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。

[0067] 上述したシミュレーション結果に示されるように、本発明の光ファイバは 1 · 3 111帯におけるシングルモード光伝搬を可能とし、かつ、 1. 3 m帯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伝送媒体として適用し、光源として発振波長 1. 3 m帯の 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 8に示す。

[0068] 図 8において、バックプレーン 47の一面に、 2枚のプリント基板 48a, 48bがー辺を支持されて立設している。 2枚のプリント基板 48a, 48bは、所定の間隔を空けて対向している。一方のプリント基板 48aの対向面に、ドライバ IC43上に実装された VCSE L44と LSI41と力《設けられている。 LSI41と VCSEL44とは電気酉己,線 42で電気的に接続されている。また、他方のプリント基板 48bの対向面に PD49が設けられている。そして、 VCSEL44と PD49と力本発明に係る複数の光ファイバが平帯状に一体化されてなる光ファイバテープ 40にて光学的に接続されている。光ファイバテープ 40 は、まず、一方のプリント基板 48aの主面に沿って延び、第 1のコネクタ 46aによって略直角に折れ曲がり、バックプレーン 47上を這った後、第 2のコネクタ 46bを介して略直角に折れ曲がり、他方のプリント基板 48bの主面に沿って延び PD49に至っている。

[0069] このような光ファイバの引き回しにより、光ファイバテープ 40には、曲率半径 1. 5m m程度の屈曲部 Aが 1/4ターンずつ 4箇所加えられている。また、図示しない光ファィバのたわみ等で、曲げ半径 5mm程度の曲げ 1ターン程度が存在する力 S、問題なく動作可能である。なお、光ファイバテープ 40に用いる光ファイバ 10として、図 9に示すように、図 4に示す W型屈折率プロファイルを有し、クラッド 15の径カ 0 111、 1次被覆樹脂 52の外径が 105 m、 2次被覆樹脂 53の外径が 125 mであり、図 5の番号 A3のパラメータ値を有する光ファイバ 10を用いた。さらに、光ファイバテープ 40は、図 10に示すように、光ファイバ 10をピッチ？125 111にて 12本平行に並べてこれをテープ用被覆樹脂 54にて覆うことによりこれら光ファイバ 10を接合して形成されてい

[0070] 光ファイバテープ 40においては、被覆樹脂 52, 53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 170 mとした。ピッチ Pが 125 mとされた光ファイバテープ 40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 52, 53の材料としては紫外線硬化樹脂を用いている。

[0071] なお、光ファイバ 10として、クラッド 15の径カ 5 μ m、被覆外径とクラッド外径との差が 20 H mの細径光ファイバを用いれば、ピッチ Pは 85 mまで小さくすることができる。

[0072] 光ファイバテープ 40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 125〃m、 12チャンネルにアレイ化することで、作製した光ファイバテープ 40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、 lOOGbpsを超える超高速光通信が実現される。

[0073] また、クラッド径を 80 mとしているため、曲げによる破断確率を低減でき、製品寿命である 5年を経過してもほとんど破断することがない。

[0074] つぎに、光ファイバテープ 40において被覆樹脂 52, 53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タリレート樹脂を用いて、難燃テープ心線を作製した。なお、ここで用いた難燃性紫外線硬化型ウレタンアタリレート樹脂の製造の際に、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、トリフエ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ゥ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ボリマや、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。

[0075] 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。

[0076] そして、テープ用被覆樹脂として水酸化アルミニウムを難燃剤として含む紫外線硬化型ウレタンアタ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。ここ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または難燃熱硬化樹脂を用いることもできる。

[0077] つぎに、光ファイバテープ 40の被覆樹脂 52, 53のすベてまたは一部、及びテープ用被覆樹脂 54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 2次被覆樹脂 53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タ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。

[0078] また、上記光ファイバテープに 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ぐ前記 UL規格を満足すること力 Sできた。また、 2次被覆までを施した素線の状態の光ファイバに同様の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。なお、ここでは難燃紫外線硬化樹脂を用いた力難燃紫外線硬化樹脂の代わりに難燃熱可塑性樹脂または難燃熱硬化樹脂を用いることあでさる。

産業上の利用可能性

[0079] 本発明に係る光ファイバおよび光ファイバテープならびに光インターコネクションシステムは、機器内の信号伝送に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] コアとクラッドとを有し石英系ガラスからなる光ファイバであって、波長 1300nmにおけるモードフィールド径が 6· 5 111以上であり、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬し、曲率半径 1. 5mmで曲げたときの波長 1300nmにおける曲げ損失が IdB/ ターン以下であることを特徴とする光ファイバ。

[2] 前記クラッドの直径が 65 mから 90 mであることを特徴とする請求項 1に記載の光ファイバ。

[3] 中心部に位置する第 1コアの前記クラッドに対する比屈折率差（Δ 1)が 0. 6%以上 0. 8%以下、 α値が 1. 5以上であり、前記第 1コアを取り囲む第 2コアの前記クラッドに対する比屈折率差（ Δ 2)がー 0. 05%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。

[4] 前記光ファイバは紫外線硬化樹脂および熱可塑性樹脂ならびに熱硬化樹脂の少なくともいずれか一つでなる被覆を有し、該被覆が難燃性を有するものであることを特徴とする請求項 1から 3のいずれ力、 1項に記載の光ファイバ。

[5] 請求項 1から 4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平帯状に一体化されてレ、ることを特徴とする光ファイバテープ。

[6] 前記平帯状に一体化された複数の光ファイバは、難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂ならびに難燃熱硬化樹脂の少なくともいずれか一つでなるテープ被覆を有することを特徴とする請求項 5に記載の光ファイバテープ。

[7] 通信波長 1 · 3 m帯の光インターコネクションシステムであって、

コアとクラッドとを有し石英系ガラスからなる光ファイバであって、波長 1300nmにおけるモードフィールド径が 6· 5 111以上であり、波長 1250nmの光をシングルモード伝搬し、曲率半径 1. 5mmで曲げたときの波長 1300nmにおける曲げ損失が IdB/ ターン以下となる特性を有し、光信号を伝送する光ファイバと、

前記光ファイバに波長 1. 3 πι帯の光信号を入射する面発光レーザと、を備えたことを特徴とする光インターコネクションシステム。

[8] 前記光ファイバが平行に並べられて平帯状に一体化されて!/、ることを特徴とする請求項 7に記載の光インターコネクションシステム。