WO2012144005A1 - プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル - Google Patents

プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル Download PDF

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optical fiber
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glass
diameter
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坂部　至
一之 相馬
服部　知之
崇志 高田
柿井　俊昭
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/045—Light guides
    • G02B1/048—Light guides characterised by the cladding material

Definitions

  • the present invention relates to a plastic-clad optical fiber and an optical fiber cable, and more particularly, a plastic-clad optical fiber used in a USB cable, an HDMI cable (or cord), a cellular phone, etc. And an optical fiber cable.
  • HPCF core hard polymer clad fiber core
  • the HPCF core is formed by coating a fluororesin having a refractive index lower than that of a glass having a core diameter of 195 to 205 ⁇ m made of quartz glass as a cladding layer having a thickness of about 15 ⁇ m to form an HPCF strand. is doing.
  • a resin coating layer made of a fluorine-based thermoplastic resin is extrusion-coated to form an HPCF core wire having an outer diameter of 0.5 mm or 0.9 mm.
  • the HPCF core wire has a large transmission loss, but has a large core diameter, a high coupling efficiency between the pulse light source and the light receiver, and is easy to connect, so it is used in short distance fields such as FA (Factory Automation). .
  • HPCF cores are required to have no increase in transmission loss even when wound around a bobbin or when the ambient temperature changes.
  • HPCF cores with a core diameter of 200 ⁇ m or more increase transmission loss when bent to a small diameter. To do.
  • the allowable bending radius is generally limited to 15 mm or more. For this reason, the HPCF core wire requires caution when wiring, and although it could be used in a factory, it could not be used for wiring between devices in a general home or office. .
  • the object of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and as an inter-device wiring cable such as a USB cable or an HDMI cable, even if it is bent to a small diameter (bending radius 2 mm), the amount of increase in transmission loss is small. It is to provide a plastic clad optical fiber core and an optical fiber cable.
  • to provide a plastic clad optical fiber and an optical fiber cable that can be used safely in ordinary homes and offices without worrying about core breakage even when placed in a bent state for a long period of time. is there.
  • the configuration of the present invention is as follows. (1) A plastic clad light in which a coating layer made of a thermoplastic resin is formed on a plastic clad optical fiber in which a clad layer made of a resin having a refractive index lower than that of the core glass is formed on the outer periphery of the core glass made of quartz glass. A plastic-clad optical fiber, wherein the core glass has a core diameter of 50 to 100 ⁇ m and a relative refractive index difference of the core glass with respect to the cladding layer is 3.7% or more. line.
  • the diameter of the cladding layer is preferably 1.4 to 2.5 times the core diameter.
  • the plastic clad optical fiber preferably has a static fatigue coefficient of 22 or more.
  • the plastic clad optical fiber core and the optical fiber cable of the present invention transmission loss due to bending is small. Further, even if the ambient temperature changes, the transmission loss is small and the connection loss is small. Furthermore, as a USB cable or HDMI cable, there is no risk of core breakage even when bent to a bending radius of 2 mm or less, and the break probability can be reduced to 10 ⁇ 6 or less, so that it can be used with peace of mind in ordinary homes and offices. . It can also be used for high-speed transmission at 10 Gbps.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows an example of the plastic clad optical fiber core wire of this invention. It is explanatory drawing which shows the refractive index distribution of the plastic clad optical fiber strand of FIG. It is a figure which shows how to obtain
  • the PCF core wire 1 is made of a core glass 2 made of quartz glass and an ultraviolet curable fluororesin such as an ultraviolet curable fluorinated acrylate resin which is a resin having a lower refractive index than the core glass 2. And a clad layer 3 surrounding the outer peripheral surface of the core glass 2 and a plastic clad optical fiber strand (hereinafter referred to as PCF strand) 4 composed of the clad layer 3.
  • a resin coating layer 5 made of a fluorine-based thermoplastic resin such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) is formed on the outer periphery of the cladding layer 3.
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • Core diameter d1 of core glass 2 50 to 100 ⁇ m Clad diameter d2 of the clad layer 3: 90 to 175 ⁇ m Thickness t of clad layer 3: 20 to 37.5 ⁇ m Cladding diameter d2 / core diameter d1: 1.4 to 2.5 Outer diameter of resin coating layer 5: 250 to 500 ⁇ m
  • the refractive index of the core glass 2 of the PCF strand 4 is increased by adding germanium (Ge).
  • the refractive index distribution of the core glass 2 is such that the relative refractive index difference ⁇ increases toward the center from the outer peripheral surface, and the graded index (GI) at which the relative refractive index difference ⁇ is maximum (A level) at the center of the core glass 2.
  • the relative refractive index difference ⁇ on the outer periphery of the core glass is zero (B level) compared to pure silica.
  • the refractive index of the cladding layer 3 is lowered by adding fluorine.
  • the core glass relative refractive index difference with respect to the cladding layer is 3.7% or more.
  • the numerical aperture of the PCF core wire of the present invention is preferably 0.40 or more.
  • the resin for the clad layer 3 has a low refractive index with respect to the core glass 2 and needs to be cured with active energy rays such as ultraviolet rays. Furthermore, it is necessary to be a resin from which a cured product excellent in mechanical strength, flexibility and transparency can be obtained by curing.
  • Such resins include (a) (meth) acrylate monomers or polymers containing fluorine atoms in the molecule, (b) (meth) acrylate monomers or polymers, (c) core materials and chemicals. It is preferable to use a resin composition comprising a coupling agent that forms a bond and (d) a photopolymerization initiator.
  • a desired refractive index can be obtained by changing the number of fluorine atoms in the molecule of the component (a) or the component, or changing the concentration of the component (a) in the resin composition.
  • the (meth) acrylate monomer (a1) containing a fluorine atom in the molecule a substance represented by the following chemical formula (A) or a compound represented by chemical formulas (B1) to (B3) having two or more unsaturated bonds Substances.
  • (meth) acrylate polymer (a2) containing a fluorine atom for example, an ester side chain unsaturated bond represented by the following chemical formula (C) having a number average molecular weight of 50,000 to 5,000,000 (in terms of styrene) (Meth) acrylate copolymer having
  • R1 and R2 each represents hydrogen or a methyl group
  • Rf represents a fluoroalkyl group
  • Rx represents a hydrocarbon group having an unsaturated bond.
  • examples of the Rx group include a vinyl group, an allyl group, an acrylic group, a methacryl group, and an internal olefin.
  • the Rf group includes — (CH2) a- (CF2) b—CF3. [Wherein, a is 1 or 2, and b is 2-6. ] Can be illustrated.
  • Examples of the (meth) acrylate monomer (b) include the following compounds as crosslinkable, that is, those having two or more unsaturated bonds: 1,4-butanediol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, glycerol dimethacrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) Acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, triglycerol diacrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, tripropylene glycol diacrylate, trimethylolpropane tri (meth) Acrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, ditrimethylolpropan
  • Examples of the coupling agent (c) include the following compounds: Trimethoxyvinylsilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, dimethylethoxyvinylsilane, etc.
  • Examples of compounds having two or more unsaturated bonds in the molecule include the following compounds: Diethoxydivinylsilane, dimethoxydivinylsilane, dimethacryloxypropyltrimethoxysilane, etc.
  • the photopolymerization initiator (d) is preferably a compound that easily generates radicals upon irradiation with ultraviolet light, and includes the following compounds: Benzophenone, acetophenone, benzyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isobutyl ether, benzyl dimethyl ketal, ⁇ , ⁇ '-azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,2-dimethoxy-2 -Phenylacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one.
  • the resin composition having the above-described structure is preferably a resin liquid, and the clad layer 3 is manufactured by applying the resin liquid to the core and further irradiating with ultraviolet rays.
  • the resin liquid is preferably applied by a die coating method.
  • the resin coating layer 5 is formed of a resin composition made of a thermoplastic resin having high heat resistance.
  • the thermoplastic resin include ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE).
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • it may be an ultraviolet curable resin such as a urethane acrylate resin or a resin obtained by blending an epoxy acrylate resin or a polyester acrylate resin with a urethane acrylate resin.
  • the PCF core wire 1 is a light having a wavelength of 850 nm when bent to a radius of 2 mm by setting the core diameter d1 of the core glass 2 to 50 to 100 ⁇ m and the relative refractive index difference of the core with respect to the cladding to 3.7% or more.
  • the transmission loss increase amount can be 0.4 dB / 10 turns or less.
  • the PCF core wire 1 can reduce the increase in transmission loss of light having a wavelength of 850 nm due to a temperature change of ⁇ 40 ° C. to 85 ° C. by setting the thickness of the cladding layer to 20 ⁇ m or more. .
  • the microbend loss increases, and the increase in transmission loss due to changes in ambient temperature is considered to increase.
  • the increase in the transmission loss due to the temperature change is the increase in the transmission loss after 10 times of the heat cycle in which the temperature of the atmosphere in which the test article is placed is changed from room temperature ⁇ 80 ° C. ⁇ ⁇ 45 ° C. ⁇ room temperature. is there. Hold at 80 ° C. and ⁇ 45 ° C.
  • the thickness of the cladding layer is 20 ⁇ m when the core diameter is 100 ⁇ m, the ratio of the cladding diameter / core diameter becomes the minimum value of 1.4.
  • the connection is made so that the outer circumferences of the clads coincide.
  • the cores are deviated and connected.
  • the light transmitted through the core leaks at the connection location, and the connection loss increases.
  • the thickness of the clad is 37.5 ⁇ m or less, the amount of deviation of the core center from the clad center is small, and the connection loss of light having a wavelength of 850 nm can be within a practically problematic range (0.5 dB or less).
  • the thickness of the cladding layer is preferably 37.5 ⁇ m or less.
  • the ratio of clad diameter / core diameter becomes a maximum value of 2.5.
  • the optical fiber If the optical fiber is placed in a bent state for a long time, it may break due to static fatigue. USB cables and HDMI cables are often placed in a bent state. Therefore, it is desired that the PCF strands used for these cables have a low probability of static fatigue fracture even when placed for a long time in a bent state.
  • the PCF strand of the present invention preferably has a breaking probability of 10 ⁇ 6 (1 ppm) or less.
  • the fracture probability F can be obtained from the static fatigue coefficient (n value) by the following formula.
  • F 1-exp (X)
  • X ⁇ Np ⁇ L ⁇ m / (n ⁇ 2) ⁇ ( ⁇ s / ⁇ p) n ⁇ (ts / tp)
  • Np Fracture frequency during fiber production
  • L Installation length
  • m Weibull distribution coefficient when the crack number distribution N follows the Weibull distribution
  • ⁇ s Core distortion during installation
  • ⁇ p Core distortion during screening during fiber manufacture
  • ts warranty period
  • tp screening load time during fiber production
  • F ⁇ X.
  • F Np ⁇ L ⁇ m / (n-2) ⁇ ( ⁇ s / ⁇ p) n ⁇ (ts / tp) ⁇ ( ⁇ s / ⁇ p) n ⁇ ⁇ s n
  • the n value is obtained from the following method.
  • a PCF strand is wound 1 m at a time on several types of mandrels with different radii and left unattended.
  • the mandrel diameter is, for example, 1.6 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, and 2.0 mm.
  • the number of samples is, for example, 15 for each diameter mandrel.
  • the time required for the PCF strand of each sample to break is measured.
  • (2) Determine the median value of the rupture time (time tf at which 50% of the samples break). When the number of samples is 15, the fracture time of the eighth fractured sample is tf.
  • the strain applied to the glass (core layer) is calculated from the diameter T of the mandrel, the glass diameter (core diameter d1) of the PCF, and the cladding diameter d2 using the following calculation formula.
  • the log distortion vs. logtf is plotted to determine the slope of the graph. Multiplying this slope by -1 gives the n value.
  • the n value can be adjusted as follows. (1) Remove uncured components from the cladding layer. (2) Slowly cool during drawing. (3) After coating the core with carbon, a cladding layer is formed on the outer periphery thereof.
  • the resin composition forming the clad layer may contain a non-hardening component such as a substance represented by the following chemical formula (1) in order to improve heat resistance.
  • the cladding layer contains a non-hardening component such as the above chemical formula, it hinders the improvement of the static fatigue coefficient. Therefore, it is preferable not to include a non-hardening component such as the above chemical formula in the cladding layer.
  • the method for drawing PCF strands is as follows. First, the glass base material is heated and softened, and drawn to a predetermined diameter. This part is the core. Next, a liquid clad material is applied to the core. Specifically, the cladding material can be applied to the outer periphery of the core by passing the glass fiber as the core through a die containing the cladding material. Next, the clad material is cured by irradiating the applied clad material with ultraviolet rays.
  • the glass base material is heated to a few thousand to about 2,000 ° C. for softening.
  • the drawn glass fiber is air-cooled and cooled to several tens of degrees Celsius. At this time, the cooling rate of the drawn glass fiber is decreased. That is, the glass fiber can be further cooled to further reduce microscopic scratches on the surface of the glass fiber, and the static fatigue coefficient of the PCF strand can be 30 or more.
  • gradually cooling the glass fiber it is possible to pass the glass fiber being cooled through a cylindrical container.
  • the temperature of the container may be set to 500 ° C. to 1500 ° C. so that the glass fiber is not rapidly cooled, and it is not particularly necessary to control the temperature.
  • the difference between the temperature when the glass fiber enters the container (input temperature) and the temperature when it exits (output temperature) divided by the time required for the glass fiber to pass through the container is the slow cooling rate. is there. If the slow cooling rate is lower than the cooling rate when the glass fiber is cooled from the incoming line temperature to the outgoing line temperature without the container, it can be said that the glass fiber has been gradually cooled.
  • the static fatigue coefficient can be increased to about 300 by forming a cladding layer on the outer periphery of the glass fiber after carbon coating.
  • carbon coating the glass fiber it is possible to pass the glass fiber immediately after drawing through a reaction furnace containing a raw material gas.
  • the raw material gas reacts with the heat of the glass fiber by a thermal chemical vapor deposition method (thermal CMD method), and the carbon layer is coated on the surface of the glass fiber.
  • hydrocarbons such as ethylene, acetylene, and chloroform, and halogen carbon hydrocarbons are used.
  • silane gas a compound made of silicon, hydrogen, halogen, etc., such as SiH 4 , SiHCl 3 , and SiCl 4 may be mixed.
  • the manufactured PCF strand becomes a PCF core wire by extruding a resin coating layer such as ETFE or coating an ultraviolet curable resin.
  • the PCF core wire of the present invention can be made into an optical cable by further placing it in a PVC tube.
  • the optical cable may have a loose structure in which one or a plurality of PCF core wires are placed in a tube, and there is no inclusion between the PCF core wire and the tube.
  • the optical cable may be formed by attaching a tensile fiber such as Kevlar (registered trademark) around the PCF core wire and forming a jacket with a tube around the fiber.
  • the optical cable can also be used for an optoelectric composite cable in which electric wires are arranged around the optical cable and integrated.
  • Examples of the PCF strands and PCF cores of the present invention are shown in Table 1 in which the core diameter d1 of the core glass 2 is 50 ⁇ m, 80 ⁇ m, 100 ⁇ m, and the cladding diameter d2 is 120 ⁇ m, 125 ⁇ m, 150 ⁇ m. ⁇ 5.
  • the core diameter d1 was 50 ⁇ m, 80 ⁇ m, and 200 ⁇ m
  • the clad diameter d2 was 80 ⁇ m, 110 ⁇ m, 150 ⁇ m, and 230 ⁇ m
  • Comparative Examples 1 to 4 were selected depending on the combination.
  • the PCF core wires of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were formed by extrusion coating ETFE on the resin coating layer on the outer periphery of the PCF strands to have an outer diameter of 500 ⁇ m.
  • both the core and the clad were glass (silica), and the outer circumference of the clad was coated with a urethane acrylate resin to form a 250 ⁇ m optical fiber.
  • an ETFE layer was coated on the outer periphery of the optical fiber to form an optical fiber core having an outer diameter of 500 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference (%) of the core with respect to the clad was measured.
  • the outgoing NA was calculated from this relative refractive index difference.
  • the core was made of quartz (pure silica) with germanium (Ge) added.
  • the refractive index of the core is higher than that of pure silica only by the addition of Ge.
  • the clad uses a fluorinated acrylate resin, the clad has a refractive index lower than that of pure silica.
  • the amount of Ge added was smaller than in Examples 1 to 4, and the refractive index of the core was lowered.
  • the cladding material is the same as in Examples 1-5.
  • the cores of Comparative Examples 1 to 4 are the same as those of Examples 1 to 4.
  • the fluorine concentration of the cladding material was lowered and the refractive index was made higher than that of the examples.
  • each comparative example has a smaller relative refractive index difference of the core relative to the cladding than each example.
  • the clad of Comparative Example 5 is pure silica, has a higher refractive index than the clads of other examples, and has a small relative refractive index difference of the core with respect to the clad.
  • the cladding material of Example 2 and Example 4 is obtained by removing the substance of the chemical formula (1) from the cladding material of Comparative Examples 1 to 4.
  • the static fatigue coefficient of Example 2 and Example 4 is 22, which is larger than the static fatigue coefficient of 18 of Comparative Examples 1 to 4.
  • Example 3 and Example 5 the core of the PCF core wire was gradually cooled during production. This slow cooling was performed at a cooling rate of 900 ° C./second while the temperature of the optical fiber was changed from 2000 ° C. to 200 ° C.
  • the static fatigue coefficient (n value) could be set to 30 by the combination of the slow cooling of the core and the clad material (similar to Example 2 and Example 4).
  • the PCF core wire of Example 1 had the same core and clad configuration as those of Example 3 and Example 5, and the core was further carbon-coated (thickness 5 nm). Thereby, Example 1 was able to set the static fatigue coefficient (n value) to 100.
  • the static fatigue coefficient (n value) was determined by the method described above.
  • the PCF strand was wound around a mandrel having a radius of 2 mm (diameter: 4 mm) for 10 turns, held for 1 minute, stretched once, wound again and held for 1 minute. When this process was repeated 100 times, the probability of the core glass 2 breaking once was determined from the n value. If the fracture probability was 10 ⁇ 6 or less, it was judged to be acceptable, and if it was larger than 10 ⁇ 6 , it was judged to be unacceptable.
  • FIG. 4 shows the relationship between the fracture probability and the bending radius.
  • the probability of fracture is about 1 ppm when held for 1 minute on a mandrel with a bending radius of 2 mm and repeated 100 times.
  • Example 3 in which the core diameter is 80 ⁇ m and the n value is 30, the fracture probability is even smaller.
  • Example 2 in which the core diameter is 50 ⁇ m and the n value is 22 has a smaller fracture probability than Example 3 due to the small core diameter.
  • the n value should be 22 or more in order to make the fracture probability of the PCF strand having a core diameter of 50 to 100 ⁇ m 1 ppm or less.
  • a PCF strand was wound around a mandrel with a radius of 2 mm for 10 turns, and the difference in transmission loss from before winding was taken as an increase in bending loss.
  • the wavelength of the signal light was 850 nm, and the transmission loss was determined by the cutback method.
  • the bending loss at 10 turns is required to be 1 dB or less due to the configuration of the transmission system. Therefore, the bending loss was determined to be 1 dB / 10 turn or less, and the bending loss was determined to be unacceptable.
  • the PCF core wire was coated with a PVC tube with four 1140 denier Kevlars to form an optical cable with an outer diameter of 2 mm.
  • This optical cable was subjected to a heat cycle of ⁇ 40 ° C. to 85 ° C.
  • the holding time at ⁇ 40 ° C. and 85 ° C. was 4 hours, and the temperature change was 1 ° C./min.
  • the difference in transmission loss before being subjected to the heat cycle and after being subjected to the 10-cycle heat cycle is the amount of increase in transmission loss after the temperature change.
  • the wavelength of the signal light was 850 nm.
  • connection loss For the PCF core wire, a connector was attached, the same kind of PCF core wire was connected, and the loss of the optical signal at the connection location was measured to obtain the connection loss. The wavelength of the signal light was 850 nm.
  • the resin coating layer was removed, and the core and the clad were brought into contact at the end face.
  • Table 1 shows the measurement results of the PCF core wires of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5.
  • the amount of increase in bending loss when bending to a radius of 2 mm is 0.10 to 0.40 dB / 10 turns in Examples 1 to 5, and the target value is 1 dB / 10 turns. It was a small and practically acceptable range.
  • the increase in bending loss when bending to a radius of 2 mm is as large as 1 dB / 10 turns or more, which may cause a problem in the system.
  • the cladding is made of glass (Comparative Example 5)
  • the amount of increase in bending loss is very large and cannot be practically used.
  • the amount of increase in bending loss is smaller than that when the clad is glass.
  • the bending loss increase amount is not sufficiently small as in the comparative example.
  • the core diameter is large, the amount of increase in bending loss increases, but it can be seen from the examples and comparative examples that the cause of the amount of increase in bending loss in the PCF wire is dominated by the relative refractive index difference between the core and the clad. .
  • the amount of increase in transmission loss due to temperature change was 0.02 to 0.08 dB / 100 m in Examples 1 to 5, which was in a practically acceptable range.
  • Comparative Examples 2 and 3 the increase in transmission loss after temperature change is large and unsatisfactory, but it is considered that the microbend loss is large due to temperature change. This is presumably because the clad thickness is as thin as 15 ⁇ m.
  • Comparative Example 1 it is considered that even if the core diameter is as large as 200 ⁇ m and the cladding is as thin as 15 ⁇ m, the amount of increase in microbend loss due to temperature change does not increase.
  • the core diameter is 50 to 100 ⁇ m, the thicker the cladding, the smaller the increase in transmission loss due to temperature change, which is preferable.
  • connection loss was 0.5 dB or less, which was in a practically acceptable range.
  • Comparative Example 4 although the connection loss is as large as 3.2 dB, it is considered that the clad is too thick. When the clad is thick, the amount of deviation of the center of the core from the center of the clad increases.
  • the connection is made so that the outer circumferences of the clads coincide with each other. Therefore, when the center of the core is shifted in each PCF strand to be connected, a step is formed in the waveguide at the connection location. Thereby, it is considered that a part of the light transmitted through the core of one PCF is not incident on the other core and the connection loss increases.
  • the core diameter is 50 to 100 ⁇ m
  • the connection loss is small when the cladding thickness is 37.5 ⁇ m or less, but the connection loss increases rapidly when the thickness is greater than 37.5 ⁇ m. .
  • the PCF core wire (core diameter 50 to 100 ⁇ m) of the present invention preferably has a clad thickness of 20 to 37.5 ⁇ m.
  • the ratio of clad diameter / core diameter is preferably 1.4 to 2.5.
  • FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the cladding and the increase in transmission loss due to temperature change, and the relationship between the thickness of the cladding and the connection loss. Outside this range, transmission loss increases or connection loss increases rapidly due to temperature changes.
  • the allowable bending radius is 2 mm.
  • the allowable bending radius can be 2 mm or less.
  • Comparative Examples 1 to 5 are not preferable in terms of long-term reliability because the allowable bending radius is 2 mm or more.
  • Comparative Example 1 having a large core diameter of 200 ⁇ m and Comparative Example 5 in which the cladding is made of glass are not preferable because the fracture is caused in a relatively short time when the bending radius is 2 mm.
  • the coupling efficiencies of the PCF wires of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 with the vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) will be described below.
  • the end face of the PCF strand was pressed against the light emitting surface of the VCSEL, and the intensity of light propagating through the PCF strand having a length of 3 m was measured by irradiating the PCF strand with light from the VCSEL.
  • the measured value of the PCF strand of Comparative Example 1 was 0 dB
  • the PCF strands of Examples 1 to 5 were 3.5 dB or more.
  • the PCF core wire of the present invention is used by being coupled to a VCSEL, the coupling efficiency is good.
  • Comparative Examples 2 to 4 the coupling efficiency was about ⁇ 0.2 dB, and the coupling efficiency was worse than that of Comparative Example 1. This is considered due to the small core diameter. Comparative Example 5 had a bad coupling efficiency of -7 dB. This is considered to be caused by a small relative refractive index difference between the core and the clad. It can be seen that the factor of coupling efficiency with the VCSEL is that the relative refractive index difference between the core and the clad is more dominant than the core diameter.
  • the transmission band of the PCF core wires of Examples 1 to 5 was examined.
  • the transmission band is as wide as 18 Gbps / 100 m.
  • the core is the SI type, when the cable length is as short as 16 Gbps / 2.5 m, the transmission band is practically sufficient.
  • the present invention can be employed in USB cables and HDMI cables (or cords) used in ordinary homes and offices, plastic clad optical fiber cores and optical fiber cables used in mobile phones and the like.

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Abstract

　ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルとして、小径に曲げても曲げに伴う伝送損失が低く、高速伝送にも十分使用することができるプラスチッククラッド光ファイバおよび光ファイバケーブルを提供する。　プラスチッククラッド光ファイバ心線１は、石英ガラスからなるコアガラス２の外周に、該コアガラスより屈折率の低いポリマー樹脂からなるクラッド層３と、該クラッド層の外周に熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層５とを有している。そして、コアガラス２のコア径が５０～１００μmであり、コアガラス２とクラッド層３の比屈折率差が３．７％以上である。

Description

プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル
　本発明は、プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルに関し、特に一般家庭やオフィスなどで使用されるＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブル（又はコード）、携帯電話内などに使用されるプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルに関する。
　光ファイバ心線の一種に、ハードポリマークラッドファイバ心線（以下、ＨＰＣＦ心線と云う）と呼ばれるものがある（例えば、特許文献１）。このＨＰＣＦ心線は、石英系ガラスからなるコア径１９５～２０５μmのコアガラスの外周に、該ガラスよりも屈折率の低いフッ素系樹脂を厚み１５μm程度のクラッド層として被覆してＨＰＣＦ素線を形成している。このＨＰＣＦ素線上に、フッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層を押出被覆して、外径０．５ｍｍ又は０．９ｍｍのＨＰＣＦ心線を形成している。
　ＨＰＣＦ心線は、伝送損失は大きいが、コア径が大きく、パルス光源と受光器との結合効率が高く、接続が容易であるためにＦＡ（Factory Automation）など短距離の分野で使用されている。
日本国特開２００１－２６４５９７号公報
　しかしながら、ＨＰＣＦ心線は、ボビンに巻き付けたときや周囲温度が変化しても伝送損失が増加しないことが要求されるが、コア径２００μm以上のＨＰＣＦ心線では、小径に曲げると伝送損失が増加する。また、ＨＰＣＦ心線は、曲げた状態で長期間置くとガラスが破断するため、許容曲げ半径が一般的に１５ｍｍ以上に制限される。このため、ＨＰＣＦ心線は、配線時に注意が必要であり、工場などで使用することはできても、一般の家庭内やオフィス等で安心して機器間配線のために使用することはできなかった。
　本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルなどの機器間配線用ケーブルとして、小径（曲げ半径２ｍｍ）に曲げても伝送損失の増加量が少ないプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。
　それに加えて、温度変化による伝送損失増加量が少なく、かつ接続損失の少ないプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。
　それらに加えてさらに、曲げた状態で長期間置いてもコア破断の心配がなく、一般家庭やオフィス等で安心して使用することができるプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルを提供することにある。
　本発明の構成は、以下の通りである。
（１）石英ガラスからなるコアガラスの外周に、該コアガラスより屈折率の低い樹脂からなるクラッド層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ素線に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、前記コアガラスのコア径が５０～１００μmであり、前記コアガラスの前記クラッド層に対する比屈折率差が３．７％以上であることを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。
（２）前記クラッド層の径が前記コア径の１．４～２．５倍であることが好ましい。
（３）前記プラスチッククラッド光ファイバの静疲労係数が２２以上であることが好ましい。
　本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルによれば、曲げに伴う伝送損失が少ない。また、周囲温度が変化しても伝送損失の増加が少なく、かつ接続損失が少ない。さらに、ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルとして、曲げ半径２ｍｍ以下まで曲げてもコア破断の心配がなく、破断確率を１０－６以下とすることができ、一般家庭やオフィス等で安心して使用することができる。また、１０Ｇｂｐｓの高速伝送でも使用することができる。
本発明のプラスチッククラッド光ファイバ心線の一例を示す概略断面図である。 図１のプラスチッククラッド光ファイバ素線の屈折率分布を示す説明図である。 ｎ値の求め方を示す図である。 プラスチッククラッド光ファイバの曲げ半径と破断確率との関係を示す図である。 クラッドの厚さと温度変化による伝送損失の増加量との関係、およびクラッドの厚さと接続損失との関係を示す図である。
　以下、本発明に係るプラスチッククラッド光ファイバ心線（以下、ＰＣＦ心線と云う）および光ファイバケーブルの実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１に示すように、ＰＣＦ心線１は、石英系ガラスからなるコアガラス２と、このコアガラス２より屈折率の低い樹脂である紫外線硬化型フッ化アクリレート樹脂などの紫外線硬化型フッ素樹脂からなりコアガラス２の外周面を包囲するクラッド層３と、からなるプラスチッククラッド光ファイバ素線（以下、ＰＣＦ素線と云う）４を備えている。ＰＣＦ心線１は、このクラッド層３の外周に、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系熱可塑性樹脂からなる樹脂被覆層５を形成している。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係るＰＣＦ心線１の寸法を以下に示す。
　コアガラス２のコア径ｄ１：５０～１００μm
　クラッド層３のクラッド径ｄ２：９０～１７５μm
　クラッド層３の厚さｔ：２０～３７．５μm
　クラッド径ｄ２／コア径ｄ１：１．４～２．５
　樹脂被覆層５の外径：２５０～５００μm
　ＰＣＦ素線４のコアガラス２の屈折率は、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されることにより高くなっている。コアガラス２の屈折率分布は、外周面から中心に向う程比屈折率差Δが大きくなり、コアガラス２の中心で比屈折率差Δが最大（Ａレベル）となるグレイデッドインデックス（ＧＩ）と、コアガラス２の屈折率がほぼ一定値であるステップインデックス（ＳＩ）とがある。例えば、コアガラスの外周の比屈折率差Δは、純シリカ対比でゼロ（Ｂレベル）である。クラッド層３の屈折率は、フッ素が添加されることにより屈折率が低くなっている。クラッド層に対するコアガラス比屈折率差は、３．７％以上である。本発明のＰＣＦ心線の開口数は、０．４０以上であることが好ましい。
　クラッド層３の樹脂としては、コアガラス２に対して屈折率が低く、紫外線等の活性エネルギー線で硬化することが必要である。さらに、硬化することによって機械的強度、可撓性、かつ透明性に優れた硬化物が得られる樹脂であることが必要である。
　このような樹脂には、（ａ）分子内にフッ素原子を含有する（メタ）アクリレート単量体または重合体、（ｂ）（メタ）アクリレート単量体または重合体、（ｃ）コア材と化学結合を形成するカップリング剤、（ｄ）光重合開始剤、から成る樹脂組成物を用いることが好ましい。
　成分（ａ）の分子中のフッ素原子数または成分を変えることや樹脂組成物中の成分（ａ）の濃度を変えることにより、望ましい屈折率を得ることができる。分子内にフッ素原子を含有する（メタ）アクリレート単量体（ａ１）としては、下記化学式（Ａ）の物質や、２個以上の不飽和結合を有するものとして化学式（Ｂ１）乃至（Ｂ３）の物質が挙げられる。
　化学式（Ａ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　化学式（Ｂ１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　化学式（Ｂ２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　化学式（Ｂ３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　フッ素原子を含有する（メタ）アクリレート重合体（ａ２）としては、例えば、数平均分子量が５万～500万（スチレン換算）の下記化学式（Ｃ）で示されるような、エステル側鎖不飽和結合を有する（メタ）アクリレート共重合体を挙げることができる。
　化学式（Ｃ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　［式中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ水素またはメチル基、Ｒｆはフルオロアルキル基、Ｒｘは不飽和結合を有する炭化水素基を表す。］
　Ｒｘ基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基、内部オレフィン等を挙げることができる。
　Ｒｆ基としては、－（ＣＨ２）ａ－（ＣＦ２）ｂ－ＣＦ３
　［式中、ａは１または２、ｂは２～６である。］
を例示できる。
　（メタ）アクリレート単量体（ｂ）としては、架橋性、即ち２個以上の不飽和結合を有するものとして、例えば次の化合物が挙げられる：
　1,4－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、1,3－ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリグリセロールジアクリレート、1,6－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート。
　カップリング剤（ｃ）としては、例えば、次の化合物が挙げられる：
　トリメトキシビニルシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルエトキシビニルシラン等。
　また、分子内に２個以上の不飽和結合を持つものとしては、例えば、次の化合物が挙げられる：
　ジエトキシジビニルシラン、ジメトキシジビニルシラン、ジメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等。
　光重合開始剤（ｄ）としては、紫外線照射により容易にラジカルを発生する化合物が望ましく、次の化合物が挙げられる：
　ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α，α′－アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン、２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン。
　上述の構成の樹脂組成物は、樹脂液とし、この樹脂液をコアに塗布し、さらに紫外線を照射して、クラッド層３を製造する形態が好ましい。樹脂液の塗布方法は、ダイスコーティング方式とすることが好ましい。
　樹脂被覆層５は、耐熱性の高い熱可塑性樹脂からなる樹脂組成物により形成される。熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられる。または、ウレタンアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂にエポキシアクリレート樹脂やポリエステルアクリレート樹脂等を配合した樹脂などの紫外線硬化型樹脂でも良い。
　前記ＰＣＦ心線１は、コアガラス２のコア径ｄ１を５０～１００μm、かつクラッドに対するコアの比屈折率差を３．７％以上とすることで、半径２ｍｍに曲げたときの波長８５０ｎｍの光の伝送損失増加量を０．４ｄＢ／１０ターン以下とすることができる。これにより、一般の家庭やオフィス等で、このＰＣＦ心線を含むＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルを使用することができる。
　さらに、ＰＣＦ心線１は、クラッド層の厚さを２０μｍ以上とすることで、－４０℃～８５℃の温度変化による波長８５０ｎｍの光の伝送損失増加量を０．３ｄＢ以下とすることができる。
　クラッド層が薄い場合は、マイクロベンドロスが大きくなり、周囲温度の変化による伝送損失増加が大きくなると考えられる。ここで、温度変化による伝送損失の増加は、試験品が置かれた雰囲気の温度を、室温→８０℃→－４５℃→室温と変化させるヒートサイクルを１０回繰り返した後の伝送損失の増加である。８０℃と－４５℃で２～４時間保持し、温度変化させるときの変化率は１℃／分とする。コア径が１００μｍであるときにクラッド層の厚さを２０μｍとすると、クラッド径／コア径の比が最小値１．４となる。
　クラッド層の厚さが厚い程、コアの中心がクラッドの中心からずれる量も大きくなる。ＰＣＦ素線を他のＰＣＦ素線またはその他の光ファイバと接続するときには、クラッドの外周が一致するように接続する。このとき、クラッドの中心からコアの中心がずれていると、コアどうしがずれて接続される。これにより、コアを伝わる光が接続箇所で漏れてしまい接続損失が大きくなる。クラッドの厚さが３７．５μｍ以下であると、コア中心がクラッド中心からずれる量が小さく、波長８５０ｎｍの光の接続損失を実用的に問題ない範囲（０．５ｄＢ以下）とすることができる。したがって、クラッド層の厚さは３７．５μｍ以下とすることが好ましい。コア径が５０μｍであるとき、クラッド層の厚さが３７．５μｍであると、クラッド径／コア径の比が最大値２．５となる。
　光ファイバは、長期間曲げた状態に置くと、静疲労により破断するおそれがある。ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルは、曲げた状態で置かれることも多い。したがって、それらのケーブルに使用されるＰＣＦ素線は、曲げた状態で長期間置かれても静疲労破断の確率が低いことが望まれる。本発明のＰＣＦ素線は、破断確率が１０－６（１ｐｐｍ）以下であることが好ましい。
　破断確率Ｆは、静疲労係数（ｎ値）から下記に示す計算式によって求めることができる。
　Ｆ＝１－ｅｘｐ（Ｘ）
　Ｘ＝－Ｎｐ・Ｌ・ｍ／（ｎ－２）・（σｓ／σｐ）ｎ・（ｔｓ／ｔｐ）
 
　　Ｎｐ：ファイバ製造時の破断頻度
　　Ｌ　：布設長
　　ｍ　：クラック数分布ＮがWeibull分布にしたがうとしたときのWeibull分布係数
　　σｓ：布設時のコアの歪み
　　σｐ：ファイバ製造時のスクリーニング時のコアの歪み
　　ｔｓ：保証期間
　　ｔｐ：ファイバ製造時のスクリーニングの負荷時間
 
　Ｘが小さいときは、Ｆ＝－Ｘと近似できる。
　Ｆ＝Ｎｐ・Ｌ・ｍ／（ｎ－２）・（σｓ／σｐ）ｎ・（ｔｓ／ｔｐ）∝（σｓ／σｐ）ｎ ∝ σｓｎ
　ｎ値は、以下の方法から求められる。
（１）半径の異なる数種類のマンドレルにＰＣＦ素線を１ｍずつ巻きつけて放置する。マンドレル径は、例えば、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍとする。サンプル数は、各径のマンドレルで例えば１５とする。各サンプルのＰＣＦ素線が破断するまでに要した時間を測定する。
（２）破断時間の中央値（５０％のサンプルが破断する時間ｔｆ）を求める。サンプル数を１５とした場合は、８番目に破断したサンプルの破断時間がｔｆとなる。
（３）下記計算式を用いて、マンドレルの径Ｔ、ＰＣＦのガラス径（コア径ｄ１）およびクラッド径ｄ２からガラス（コア層）にかかる歪みを算出する。
　歪み＝｛（ガラス部外周の巻径ｘ）－（ガラス部中心の巻径ｙ）｝／（マンドレル径Ｔ+クラッド径ｄ２）＝（ガラス径ｄ１）／（マンドレル径Ｔ＋クラッド径ｄ２）
（４）図３に示すように、ｌｏｇ歪み対ｌｏｇｔｆをプロットしてグラフの傾きを求める。この傾きに－１を乗じたものがｎ値となる。
　ｎ値の調整は下記のように行える。
（１）クラッド層から非硬化成分を除去する。
（２）線引き時に徐冷する。
（３）コアをカーボンコートしてから、その外周にクラッド層を形成する。
　クラッド層を形成する樹脂組成物には、耐熱性向上などのために下記化学式（１）で表される物質などの非硬化成分が含まれることがある。
　化学式（１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
　クラッド層に上記化学式などの非硬化成分が含まれると、静疲労係数向上の妨げとなることが分かった。したがって、クラッド層に上記化学式などの非硬化成分を含めないことが好ましい。
　ＰＣＦ素線を線引きする方法は下記の様に行う。
　先ず、ガラス母材を加熱して軟化させ、所定の径に線引きする。この部分がコアとなる。次に、コアに液状のクラッド材料を塗布する。詳しくは、クラッド材料を入れたダイスにコアであるガラスファイバを通すことでコア外周にクラッド材料を塗布できる。次に、塗布したクラッド材料に紫外線を照射することで、クラッド材料が硬化する。
　上記ガラス母材は、軟化させるために１千数百℃～２千℃近くまで加熱する。線引きされたガラスファイバは、空冷されて数十℃まで冷却される。このとき、線引きされたガラスファイバの冷却速度を遅くする。即ち、ガラスファイバは、徐冷することによってガラスファイバの表面の微小な傷をさらに縮小することができ、ＰＣＦ素線の静疲労係数を３０以上とすることができる。ガラスファイバを徐冷する一例として、筒状の容器内に冷却途中のガラスファイバを通過させることが挙げられる。この容器の温度を５００℃～１５００℃にして、ガラスファイバが急速に冷却されないようにしても良く、特に温度管理しなくても良い。
　ガラスファイバがこの容器に入る時の温度（入線温度）と出る時の温度（出線温度）の差を、ガラスファイバが容器を通過するのに要した時間で除した値は、徐冷速度である。容器がない状態で、入線温度から出線温度までガラスファイバが冷却されるときの冷却速度よりも徐冷速度が小さい場合、ガラスファイバが徐冷されたと言える。
　ガラスファイバをカーボンコートした後に、その外周にクラッド層を形成することで、静疲労係数を３００程度まで大きくすることができる。ガラスファイバをカーボンコートする一例として、線引き直後のガラスファイバを、原料ガスを入れた反応炉に通すことが挙げられる。原料ガスがガラスファイバの熱により熱的化学気相析出法（熱ＣＭＤ法）により反応し、ガラスファイバ表面に炭素層がコーティングされる。原料ガスは、エチレン、アセチレン、クロロホルム等の炭化水素、ハロゲンカーボン炭化水素を用いる。シラン系ガスとしては、ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ３ 、ＳｉＣｌ４ 等のケイ素、水素、ハロゲン等から成る化合物を混合させても良い。
　製造されたＰＣＦ素線は、ＥＴＦＥなどの樹脂被覆層を押し出し被覆するか、または紫外線硬化型の樹脂を被覆するなどしてＰＣＦ心線となる。
　本発明のＰＣＦ心線は、さらにＰＶＣのチューブに入れることで光ケーブルとすることができる。光ケーブルは、ＰＣＦ心線が１本または複数本チューブに入れられ、ＰＣＦ心線とチューブとの間に介在物がないルース構造でも良い。また、光ケーブルは、ＰＣＦ心線の周囲にケブラー（登録商標）などの抗張力繊維を添わせ、その周囲にチューブにより外被を形成しても良い。さらに、光ケーブルは、その周囲に電線を配置して一体化した光電気複合ケーブルに使用することもできる。
　本発明のＰＣＦ素線およびＰＣＦ心線の実施例は、コアガラス２のコア径ｄ１を５０μm、８０μm、１００μm、クラッド径ｄ２を１２０μm、１２５μm、１５０μmとして、この組み合わせにより表１に示す実施例１～５とした。一方、比較例は、コア径ｄ１を５０μm、８０μm、２００μm、クラッド径ｄ２を８０μm、１１０μm、１５０μm、２３０μmとして、その組み合わせにより比較例１～４とした。
　実施例１～５および比較例１～４のＰＣＦ心線は、ＰＣＦ素線の外周の樹脂被覆層にＥＴＦＥを押出し被覆して５００μｍの外径とした。比較例５は、コア、クラッドともガラス（シリカ）であり、クラッドの外周にウレタンアクリレート系の樹脂を被覆して、２５０μｍの光ファイバ素線を形成した。さらに、この光ファイバ素線の外周にＥＴＦＥ層を被覆して、外径５００μｍの光ファイバ心線を形成した。
　クラッドに対するコアの比屈折率差（％）を測定した。この比屈折率差から出射ＮＡを算出した。
　各実施例ともコアは、石英（純シリカ）にゲルマニウム（Ｇｅ）を添加したものを使用した。このコアの屈折率は、Ｇｅの添加により、純シリカだけよりも高くなる。クラッドは、フッ化アクリレート系樹脂を使用したので、このクラッドの屈折率は、純シリカの屈折率よりも低い。実施例５は、実施例１～４よりもＧｅの添加量を少なくして、コアの屈折率を低くした。クラッドの材料は、実施例１～５とも同じである。
　比較例１～４のコアは、実施例１～４と同じである。これらの比較例は、クラッド材料のフッ素濃度を低くして、実施例よりも屈折率を高くした。この結果、各比較例は、各実施例よりもクラッドに対するコアの比屈折率差が小さい。比較例５のクラッドは、純シリカであり、屈折率が他の例のクラッドよりも高く、クラッドに対するコアの比屈折率差が小さい。
　実施例２および実施例４のクラッドの材料は、比較例１～４のクラッドの材料から化学式（１）の物質を除去したものである。これにより、実施例２および実施例４の静疲労係数は２２となり、比較例１～４の静疲労係数の１８に比べて大きくなっている。
　化学式（１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
　実施例３および実施例５は、ＰＣＦ心線のコアを製造時に徐冷した。この徐冷は、光ファイバの温度が２０００℃から２００℃になる間の冷却速度を９００℃／秒とした。実施例３および実施例５は、このコアの徐冷とクラッド材料（実施例２および実施例４と同様）との組み合わせにより、静疲労係数（ｎ値）を３０とすることができた。
　実施例１のＰＣＦ心線は、実施例３、実施例５と同様なコア、クラッド構成とし、さらにコアをカーボンコーティング（厚さ５ｎｍ）した。これにより、実施例１は、静疲労係数（ｎ値）を１００とすることができた。
（静疲労係数および破断確率）
　静疲労係数（ｎ値）は、上述の方法により求めた。また、ＰＣＦ素線は、半径２ｍｍ（直径４ｍｍ）のマンドレルに１０ターン巻き付けて１分間保持した後、一旦伸ばしてから、再度巻き付けて１分間保持した。この工程を１００回繰り返した場合に、コアガラス２が１回破断する確率をｎ値から求めた。破断確率が１０－６以下であれば合格、１０－６より大きければ不合格と判断した。
　破断確率と曲げ半径との関係を図４に示す。
　図４に示すように、コア径が１００μｍ、ｎ値が２２である実施例４は、曲げ半径２ｍｍのマンドレルに１分間保持して、それを１００回繰り返したときの破断確率が約１ｐｐｍである。コア径が８０μｍ、ｎ値が３０である実施例３は、さらに破断確率が小さい。コア径が５０μｍ、ｎ値が２２である実施例２は、コア径が小さいことにより、実施例３よりも破断確率がさらに小さい。これから明らかなように、コア径が５０～１００μｍであるＰＣＦ素線の破断確率を１ｐｐｍ以下にするには、ｎ値を２２以上とすると良いことが分かる。
（曲げ損失増加量）
　半径２ｍｍのマンドレルにＰＣＦ素線を１０ターン巻き付けて、巻き付ける以前との伝送損失の差をとって曲げ損失増加量とした。信号光の波長は８５０ｎｍとし、カットバック法で伝送損失を求めた。伝送システムの構成上、１０ターンでの曲げ損失が１ｄＢ以下であることが要求される場合がある。したがって、曲げ損失は、１ｄＢ／１０ターン以下を合格、それより大きい場合を不合格とした。
（許容曲げ半径）
　曲げ半径２ｍｍで、上述の破断確率および曲げ損失増加量とも合格のものは、許容曲げ半径２ｍｍを合格とした。表１には○印で示す。破断確率または曲げ損失増加量の一方でも合格でないものは、許容曲げ半径２ｍｍを不合格とした。表１には×印で示す。
（温度変化後伝送損失増加量）
　ＰＣＦ心線は、１１４０デニールのケブラー４本を添わしてＰＶＣのチューブで被覆して、外径２ｍｍの光ケーブルとした。この光ケーブルを、－４０℃～８５℃のヒートサイクルにかけた。－４０℃と８５℃での保持時間は４時間であり、温度変化は１℃／分とした。ヒートサイクルにかける前と、１０サイクルのヒートサイクルにかけた後の伝送損失の差が温度変化後伝送損失増加量となる。信号光の波長は８５０ｎｍとした。
（接続損失）
　ＰＣＦ心線は、コネクタを取り付け、同種のＰＣＦ心線を接続して、その接続箇所での光信号の損失を測定して接続損失とした。信号光の波長は８５０ｎｍとした。ＰＣＦ心線の接続部分は、樹脂被覆層を除去して、コアおよびクラッドを端面で接触させた。
　実施例１～５および比較例１～５のＰＣＦ心線の測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
  
　表１に示すように、半径２ｍｍに曲げたときの曲げ損失の増加分は、実施例１～５は、０．１０～０．４０ｄＢ/１０ターンであり、目標値である１ｄＢ／１０ターンより小さく実用的に問題のない範囲であった。それに対して、比較例では、半径２ｍｍに曲げたときの曲げ損失の増加分が１ｄＢ／１０ターン以上と大きく、システム上問題となる場合がある。極小さな曲げ半径２ｍｍの場合、クラッドがガラス（比較例５）であると曲げ損失増加量が非常に大きく実用に耐えない。
　クラッドがプラスチックであると、クラッドがガラスであるものよりも曲げ損失増加量が小さい。しかし、クラッドに対するコアの比屈折率差が小さいと、比較例のように曲げ損失増加量が十分小さくならない。コア径が大きいと、曲げ損失増加量は大きくなるが、ＰＣＦ素線における曲げ損失増加量の要因は、コアとクラッドとの比屈折率差が支配的であることが実施例および比較例から分かる。
　温度変化による伝送損失の増加量は、実施例１～５では０．０２～０．０８ｄＢ／１００ｍと実用上問題のない範囲であった。比較例２および比較例３は、温度変化後伝送損失増加量が大きく不良であるが、温度変化によりマイクロベンド損失が大きいものと考えられる。これは、クラッドの厚さが１５μｍと薄いことが原因と考えられる。比較例１は、コア径が２００μｍと大きく、クラッドが１５μｍと薄くても温度変化によるマイクロベンド損失増加量が大きくならないと考えられる。本実施例のように、コア径が５０～１００μｍである場合は、クラッドの厚さが厚い程温度変化による伝送損失の増加量が小さく好ましい。
　実施例１～５は、接続損失が０．５ｄＢ以下と実用上問題のない範囲であった。比較例４は、接続損失が３．２ｄＢと大きいが、クラッドが厚過ぎることが原因と考えられる。クラッドが厚いと、コアの中心がクラッドの中心からずれる量が大きくなる。ＰＣＦ素線の接続時は、クラッド外周が一致するように接続するので、接続されるそれぞれのＰＣＦ素線でコアの中心がずれていると、接続箇所で導波路に段差ができる。これにより、一方のＰＣＦのコアを伝わってきた光の一部が他方のコアに入射されず接続損失が大きくなるものと考えられる。本実施例のように、コア径が５０～１００μｍである場合は、クラッドの厚さが３７．５μｍ以下であると接続損失は小さいが、３７．５μｍよりも厚くなると急激に接続損失が大きくなる。
　以上、本発明のＰＣＦ心線（コア径５０～１００μｍ）は、クラッドの厚さが２０～３７．５μｍであるのが好ましい。クラッド径／コア径の比は、１．４～２．５であるのが好ましい。クラッドの厚さと温度変化による伝送損失の増加量との関係、およびクラッドの厚さと接続損失との関係を図５に示す。上記範囲を外れると温度変化による伝送損失増加または接続損失が急激に増加する。
　ＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブルなどの機器間配線用ケーブルとして使用する場合は、許容曲げ半径が２ｍｍであることが長期信頼性の点で好ましい。実施例１～５は、許容曲げ半径を２ｍｍ以下とすることができる。比較例１～５は、許容曲げ半径が２ｍｍ以上となり長期信頼性の点で好ましくない。特にコア径が２００μｍと大きい比較例１やクラッドがガラスである比較例５は、曲げ半径２ｍｍとすると比較的短時間で破断してしまうので好ましくない。
　実施例１～５および比較例１～５のＰＣＦ素線について、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）との結合効率を以下に述べる。
　ＰＣＦ素線の端面をＶＣＳＥＬの発光面に押し当て、ＶＣＳＥＬからＰＣＦ素線に光を照射して３ｍの長さのＰＣＦ素線を伝搬した光の強度を測定した。比較例１のＰＣＦ素線の測定値を０ｄＢとしたところ、実施例１～５のＰＣＦ素線では３．５ｄＢ以上であった。本発明のＰＣＦ心線は、ＶＣＳＥＬに結合して使用する場合に、結合効率が良かった。比較例２～４は、結合効率が－０．２ｄＢ程度であり、比較例１に比べて結合効率が悪かった。これは、コア径が小さいことが原因と考えられる。比較例５は、－７ｄＢと結合効率が悪かった。これは、コア－クラッド間の比屈折率差が小さいことが原因と考えられる。ＶＣＳＥＬとの結合効率の要因は、コア－クラッド間の比屈折率差がコア径よりも支配的であることが分かる。
　実施例１～５のＰＣＦ心線の伝送帯域を調べた。コアがＧＩ型の実施例１～４は、伝送帯域が１８Ｇｂｐｓ／１００ｍと広帯域であった。コアがＳＩ型の実施例５は、１６Ｇｂｐｓ／２．５ｍとケーブル長が短いと、実用上十分な伝送帯域であった。
　本発明を特定の形態を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2009年10月19日出願の日本特許出願（特願2009－240536）に基づくものであり、その全体が引用により援用される。また、ここに引用される全ての参照は全体として取り込まれる。
　本発明は、一般家庭やオフィスなどで使用されるＵＳＢケーブルやＨＤＭＩケーブル（又はコード）、携帯電話内などに使用されるプラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブルに採用することが可能である。
　１…ＰＣＦ心線、２…コアガラス、３…クラッド層、４…ＰＣＦ素線、５…樹脂被覆層
 

Claims (4)

  1. 　石英ガラスからなるコアガラスの外周に、該コアガラスより屈折率の低い樹脂からなるクラッド層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ素線に、熱可塑性樹脂からなる被覆層を形成したプラスチッククラッド光ファイバ心線であって、
    　前記コアガラスのコア径が５０～１００μmであり、
    　前記コアガラスと前記クラッド層の比屈折率差が３．７％以上であることを特徴とするプラスチッククラッド光ファイバ心線。
  2. 　前記クラッド径が前記コア径の１．４～２．５倍であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。
  3. 　前記プラスチッククラッド光ファイバ素線の静疲労係数が２２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載のプラスチッククラッド光ファイバ心線を内蔵したことを特徴とする光ファイバケーブル。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031556A (zh) * 2018-07-30 2018-12-18 广东南方电力通信有限公司 一种回检光纤及其端部连接器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57106539A (en) * 1980-12-24 1982-07-02 Furukawa Electric Co Ltd:The Production of optical fiber covered with fiber-reinforced resin
JPH01295207A (ja) * 1988-05-23 1989-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ
JPH09281346A (ja) * 1996-04-16 1997-10-31 Sumitomo Electric Ind Ltd プラスチッククラッド光ファイバ
JP2001264597A (ja) 2000-03-15 2001-09-26 Fujikura Ltd 光ファイバ心線
JP2005019540A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Fujikura Ltd 光ファイバレーザ
JP2009240536A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Uni Charm Corp 清掃用具
JP2011085854A (ja) * 2009-10-19 2011-04-28 Sumitomo Electric Ind Ltd プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4927233A (ja) * 1972-07-03 1974-03-11
JPS62112104A (ja) * 1985-11-12 1987-05-23 Asahi Glass Co Ltd プラスチツククラツド光伝送フアイバ−
JPH11119036A (ja) * 1997-10-16 1999-04-30 Fujikura Ltd プラスチッククラッドファイバ
JP2005055795A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Furukawa Electric Co Ltd:The 偏波保持光ファイバ及びこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器
US7423105B2 (en) * 2005-09-30 2008-09-09 Corning Incorporated Fast curing primary optical fiber coatings
US7680390B2 (en) * 2007-03-16 2010-03-16 Fujikura Ltd. Polymer clad optical fiber
EP2161601B1 (en) * 2007-06-26 2018-05-30 Fujikura Ltd. Plastic glass optical fiber
JP2009132800A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Jsr Corp 放射線硬化性樹脂組成物

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57106539A (en) * 1980-12-24 1982-07-02 Furukawa Electric Co Ltd:The Production of optical fiber covered with fiber-reinforced resin
JPH01295207A (ja) * 1988-05-23 1989-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ
JPH09281346A (ja) * 1996-04-16 1997-10-31 Sumitomo Electric Ind Ltd プラスチッククラッド光ファイバ
JP2001264597A (ja) 2000-03-15 2001-09-26 Fujikura Ltd 光ファイバ心線
JP2005019540A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Fujikura Ltd 光ファイバレーザ
JP2009240536A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Uni Charm Corp 清掃用具
JP2011085854A (ja) * 2009-10-19 2011-04-28 Sumitomo Electric Ind Ltd プラスチッククラッド光ファイバ心線および光ファイバケーブル

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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