JP2008058662A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ損失及び接続損失がともに低減された、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバおよび光ファイバテープ、ならびにこれを用いた光インターコネクションシステムを提供すること。
【解決手段】本発明による光ファイバは、設計の最適化により、波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径を５．５μｍ以上に拡大しつつ、波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とする。また、本発明による光ファイバは、曲げによる損失増加が低減され、半径２ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。さらに、本発明による光ファイバは、クラッド径を縮小させ、５５μｍ〜９０μｍとすることにより、曲げ応力が加わった際の破断確率が低減され、かつ配線のフレキシビリティが向上されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は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に関し、詳細には、機器内光配線用光ファイバおよび光ファイバテープ、ならびにこれを用いた光インターコネクションシステムに関するものである。

機器内の信号伝送に用いられる方式としては、電気伝送方式及び光インターコネクション方式の二種類がある。近年のＣＰＵクロック周波数の高速化に伴い、電気伝送方式においては、高密度配線によるクロストークの発生が問題となり、波形成形技術等の適用が必要となってきている。この結果、機器内での信号伝送方式として電気伝送方式を適用した場合には、伝送距離１００ｍ及び伝送速度１０Ｇｂｐｓ程度が伝送限界となることが分かってきている。一方、機器内での信号伝送方式として光インターコネクション方式を適用すれば、電気伝送方式と比較して遥かに広帯域な伝送を行うことが可能であるとともに、小型かつ低消費電力の光部品を使用した信号伝送システムを構築できる。このため、光インターコネクション方式は、電気伝送方式に代わる機器内信号伝送技術として現在注目されている。

光インターコネクション方式には、光伝送手段として光導波回路を用いた方式や光ファイバを用いた方式があるが、機器内で使用される全ての光部品はできるだけ省スペース収納可能であることが望ましいことから、フレキシブルな配線が可能であり、かつ低損失な光伝送が可能である光ファイバは光インターコネクションに適した光部品の一つと位置づけられている。

従来、短距離光伝送用の光ファイバとしては、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）が使用されてきた。通常、ＭＭＦはシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の１０倍程度のコア径を有し、その開口数の大きさにより、光ファイバと光源等との間の接続に際して高い精度を必要としないため、容易な接続を可能にする。特に、発振波長８５０ｎｍの面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を光源とし、マルチモード光ファイバの一種であるグレーデッドインデックス光ファイバを光伝送媒体とする手法は頻繁に用いられている。グレーデッドインデックス光ファイバは、コア領域の屈折率分布形状を最適化することにより、モード分散の影響を抑制した光ファイバである。精密に屈折率分布形状を制御したグレーデッドインデックス光ファイバは、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、距離１００ｍ程度の高速光通信が可能である。しかし、さらなる長距離伝送、あるいはさらなる高速伝送を行うことを目的として、広帯域なＳＭＦの適用が検討されはじめている。このような場合に適用される光源として、近年、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザの研究が進められている。このレーザは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有し、発振閾値が低く、温度特性が良好であり、また、１０Ｇｂｐｓでの直接変調ができる可能性があるなどの特長を有しており、ＬＡＮ等の用途の光源として注目されつつある。発振波長は変化させることが可能であり、現在までに、１１００ｎｍ及び１２００ｎｍの双方について研究開発が行われており、学会発表等がなされている。例えば、非特許文献１及び非特許文献２においては、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸レーザを光源として使用し、ＳＭＦを介して伝送を行うことが開示されている。ＳＭＦを用いた場合、伝送速度４０Ｇｂｐｓ程度の高速光通信が可能になる。

Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、"１．２μｍ ｈｉｇｈｌｙ ｓｔｒａｉｎｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｄａｔａｌｉｎｋ"、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１３、ｐｐ．１０７９−１０８１、Ｊｕｎｅ、１９９９． Ｆ．Ｋｏｙａｍａ他、"Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ １．２−μｍ Ｕｎｃｏｏｌｅｄ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ Ｌａｓｅｒ ｆｏｒ Ｇｂ／ｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ" 、ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．２、ｐｐ．１２５−１２７、Ｆｅｂｒｕａｒｙ、２０００．

前述のように、曲げ損失及び接続損失がともに低減され、高速光伝送を可能とし、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバの実現に対する要求がある。また、小さな曲げ径で引き回すことができ、曲げによる破断確率が小さく、また余長を収納することが可能であるような光ファイバの実現に対する要求がある。

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がともに低減された、光インターコネクションシステムを容易に構築するのに適した光ファイバおよび光ファイバテープ、ならびにこれを用いた光インターコネクションシステムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明による光ファイバは、コア及びクラッドが石英系ガラスからなり、波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径が５．５μｍ以上であり、１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬し、半径２ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする。

また、本発明による光ファイバは、上記の発明において、クラッド径が５５μｍ〜９０μｍであることを特徴とする。

また、本発明による光ファイバは、上記の発明において、前記コアが、第１コア及び前記第１コアを取り囲む第２コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．６％以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．０２％以下であることを特徴とする。

また、本発明による光ファイバは、上記の発明において、前記光ファイバは紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂の少なくともいずれか一方でなる被覆を有し、前記紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂のうち少なくとも一部は難燃性を有するものであることを特徴とする。

また、本発明による光ファイバテープは、上記の発明に係る光ファイバが平行に並べられて相互に接合されていることを特徴とする。

また、本発明による光ファイバテープは、上記の発明において、難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂の少なくともいずれか一方でなるテープ被覆を有することを特徴とする。

また、本発明による光インターコネクションシステムは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、上記の発明に係る光ファイバからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする。

また、本発明による光インターコネクションシステムは、１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、上記の発明に係る光ファイバテープからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする。

本発明により、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れたシングルモード光ファイバが提供される。また、高速光インターコネクションを実現するシステムおよびそのようなシステムにおける使用に適したシングルモード光ファイバおよび光ファイバテープが提供される。

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。本発明に係る光ファイバは、波長１１００ｎｍの光をシングルモード伝搬することによって、波長１１００〜１２００ｎｍにおいて低損失の高速光伝送が可能となるものであり、波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径が５．５μｍ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２ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることによって、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。

はじめに、ＳＭＦのコア径は通常５〜１０μｍ程度であり、５０〜６２．５μｍ程度のコア径を有するＭＭＦと比較するとコア径が非常に小さいため、光ファイバと光源等との間での高精度な接続が必要であるという欠点がある。また、光インターコネクションによる機器内通信システムを構築する場合、光ファイバやＶＣＳＥＬなどの光部品はコネクタ等を用いた５箇所近くの空間結合によって接続されることが想定される。光部品を空間結合によって接続する場合、接続部品間において光軸のずれが生じ、接続損失が発生する。そのために、たとえ部品間のモードフィールド径（ＭＦＤ）が同程度であっても、軸ずれによって接続損失は誘起されてしまう。また、接続部品間のＭＦＤ差が大きいほど、軸ずれ時の結合効率の低下が著しく、軸ずれ量に対する接続損失は大きくなる傾向がある。

例えば、同種のＳＭＦ同士の接続において、各軸ずれに対するＭＦＤと接続損失との関係を計算した結果を図１に示す。軸ずれは、光ファイバと光源、光ファイバと受光部、または光ファイバ同士の接続損失の低減のために重要なパラメータである。現状では、製造誤差による軸ずれの最大値は、多心コネクタや光ファイバテープでの多心一括接続を考慮すると２μｍ程度になり得るため、最悪値設計の観点から２μｍ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。

図１を参照すると、軸ずれが２μｍの場合、ＭＦＤが５．５μｍであれば２．２ｄＢ程度の接続損失が生じる。ところで、光源であるＶＣＳＥＬと受光器との間で接続点が５箇所存在し、各接続点における軸ずれが２μｍであることを仮定した場合、軸ずれによる接続損失は最大１１ｄＢ生じることになる。ＶＣＳＥＬの出力光パワーが−３ｄＢｍ、受光器の受信感度が−１６ｄＢｍ、光ファイバ長５０ｃｍ程度以下の典型的な光インターコネクションシステムを構築することを仮定すると、光ファイバにおける曲げ部以外の伝送損失は０．０１ｄＢ以下と小さいため、このシステムのダイナミックレンジは約１３ｄＢとなる。しかしながら、実際には、接続点においては上記の軸ずれによる損失１１ｄＢだけではなく、角度ずれによる接続損失も生じ得るので、上記の仮定の場合には、システムのダイナミックレンジ１３ｄＢに対してほとんどマージンがない。一方、図１に示すように、軸ずれが同じ量であれば、ＭＦＤが減少するにつれて接続損失は増大する。従って、５．５μｍ程度以下のＭＦＤを有するＳＭＦを適用して上記のような光インターコネクションシステムを構成することは困難である。

一方、機器内光配線に石英系光ファイバを用いた場合、該光ファイバには、フレキシブルな配線が可能であって且つコンパクトに収納できることが求められる。一方、高速光インターコネクションシステムの構築を想定した場合、光ファイバの伝送損失は限りなく零であることが望ましい。つまり、光インターコネクション用光ファイバには、配線時に曲率半径の非常に小さい曲げが光ファイバに加わったとしても、曲げ損失が生じないことが要求される。実際に機器内光配線形態を想定した場合、配線後の光ファイバには最終的に曲率半径２ｍｍ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。そこで、配線取りまわし時の局所的な曲げが加わった場合や最悪値設計の観点から必要な曲げ損失許容値を考えた場合、曲率半径２ｍｍの曲げが１ターン加わった場合に曲げ損失が１ｄＢ以下であれば、十分に良好な曲げ損失特性であり、フレキシブル光配線が可能であるといえる。なお、本明細書では、曲げが形成されている部分（屈曲部）の数え方に「ターン」を用い、光ファイバが３６０度屈曲した場合に１ターンと数える。例えば、９０度の屈曲部が４箇所ある場合を１ターン、９０度の屈曲部が２箇所ある場合を１／２ターンというように用いる。

例えば、通常のＳＭＦにおいては、曲率半径５ｍｍ、１ターンの曲げが加えられた場合、波長１５５０ｎｍにおいて３０ｄＢ近い曲げ損失が生じる。さらに、曲率半径２ｍｍ、１ターンの曲げが加えられた場合には６０ｄＢ以上もの曲げ損失が生じる。例えば、上述したダイナミックレンジ１３ｄＢのシステムにおいては、曲げ損失による損失増加のマージンはたかだか２ｄＢであり、光ファイバの取り回しにより曲率半径２ｍｍの局所的な曲げが２ターン程度生じるような配線状態を考慮すると、１ターン当たり１ｄＢ程度以下という非常に小さな曲げ損失が要求されるため、このようなシステムの構築に際して通常のＳＭＦを適用することはできない。また、通常の単峰型屈折率プロファイルを有するＳＭＦにおいては、曲げ損失の抑制とＭＦＤの拡大とはトレードオフの関係にあるため、曲げ損失及び接続損失を同時に改善することはできない。

さらに、機器内光配線形態を想定した場合、コンパクトに収納されることが要求され、機器内の様々な箇所で、前述した曲げ半径２ｍｍ程度の曲げ以外に、チップ-チップ間の配線のたわみ等による曲げ半径５ｍｍ程度の曲率半径の小さい曲げが加わることが考えられる。曲げ半径２ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所に関しては、熱処理等が施され、歪を開放させる処置がとられるが、機器内の様々な箇所で発生する曲げ半径５ｍｍ程度の曲げに対しては、そのような処置がとられない。したがって、光ファイバに曲げ半径５ｍｍ程度の曲げが加えられる箇所において、曲げ部位に生じる応力歪みによって光ファイバが破断してしまうことが懸念される。したがって、曲げによる破断確率を低減する必要がある。

一般的に、クラッド径が大きいほど、光ファイバを曲げた時の歪が大きくなり、破断確率が大きくなる。例えば、光ファイバを用いた光インターコネクションシステムを構築した場合において、光ファイバに曲率半径５ｍｍ程度の角度９０度の曲げが２０箇所程度加わることを想定する。スクリーニングレベルを２％、被覆材との間の疲労係数を２２、製品寿命を５年とすると、光ファイバのクラッド径が１２５μｍの場合の故障率は５．５となる。しかし光ファイバのクラッド径を９０μｍに縮小した場合の故障率は０．０４となり、１２５μｍの場合の０．７％程度にまで低減できる。システム設計上、故障率は０．０５以下になることが好ましい。通常の光ファイバにおいては、曲げによる破断率の低減に対する要求はそれほど強くないが、光インターコネクションシステムに適用される光ファイバのように小径に曲げられる場合には、上記のように小径巻きつけによる破断率を低減させることによる効果は大きい。

他方、一般的に、ＳＭＦにおいては、ＭＦＤに対して１０倍程度以下のクラッド径を有する場合に損失に悪影響を与えると言われている。このため、５．５μｍ以上のＭＦＤを必要とする本用途の光ファイバでは、５５μｍ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。

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２に示すようなＷ型屈折率プロファイルを有する、本発明によ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。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープした第１コア、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層である第２コアが設けられている。なお、図２において、符号１１は第１コアの屈折率プロファイル、符号１２は第２コアの屈折率プロファイル、符号１５はクラッドの屈折率プロファイルを示す。各屈折率プロファイルを示すパラメータについての詳細な設計値及び計算された光ファイバの特性を図３の番号Ａに示す。図３において、α１は、第１コアの屈折率分布の形状を表すα値であり、以下の式（１）中のαで定義される。
ｎ²(ｒ)＝ｎ_c1 ²｛１−２・（Δ１／１００）・（２ｒ／ａ）^α｝ （１）
但し、０＜ｒ＜ａ／２
ここで、ｒは光ファイバの中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率を表している。また、ｎ_c1は第１コアの最大屈折率であり、ａは第１コアの直径である。また、記号「＾」はべき乗を表す記号である。

また、Δ１及びΔ２は、それぞれ、クラッドに対する第１コアの比屈折率差、及びクラッドに対する第２コアの比屈折率差であり、下記式（２）及び（３）で示される。
Δ１＝｛（ｎ_c1−ｎ_c）／ｎ_c1｝・１００ （２）
Δ２＝｛（ｎ_c2−ｎ_c）／ｎ_c2｝・１００ （３）
ここで、ｎ_c1は第１コアの最大屈折率、ｎ_c2は第２コア２の最小屈折率、ｎ_cはクラッドの屈折率である。

番号Ａの光ファイバは、波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤが５．７μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ半径２ｍｍでの曲げ損失は０．６ｄＢ／ターンであった。さらに、図２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場合の特性のシミュレーション結果を図３の番号Ａ１〜Ａ１０に示す。なお、第１コアのα値が十分に大きくその形状がステップ型とみなせる光ファイバについては、図３においてα１をｓｔｅｐと記載した。図３のＡ及びＡ１〜Ａ１０において、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが５．５μｍ以上となり、波長１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬可能であり、かつ、半径２ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であるのは、Ａ、Ａ１、Ａ３、Ａ４、およびＡ６〜Ａ１０である。従って、これらのシミュレーション結果から、図２に示すようなＷ型屈折率プロファイルを有する光ファイバにおいては、コアの屈折率分布において、第１コアの比屈折率差（Δ１）を０．６％以上とし、第２コアの比屈折率差（Δ２）を−０．０２％以下とすることにより、所望の特性を持つ本発明の光ファイバが得られることが分かった。特に、第２コアの比屈折率差（Δ２）は−０．０５％以下とすればよい、すなわち、第２コアの屈折率はクラッドの屈折率に対してわずかに低下させるだけでよいので、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。

上記の本発明による光ファイバと比較すべく、波長１１００ｎｍにおいて曲げ半径２ｍｍでの曲げ損失が１．０ｄＢ／ターンという低曲げ損失特性を有する、図４に示すような単峰型屈折率プロファイルの光ファイバの特性をシミュレーションにより求めた。なお、図４において、符号４１はコアの屈折率プロファイル、符号４５はクラッドの屈折率プロファイルを示す。計算された特性を図３の番号Ｂに示す。番号Ｂの光ファイバは、波長１１００ｎｍにおけるＭＦＤが５．１μｍとなった。この場合、図１を参照すると、軸ずれが２μｍの場合に接続損失が２．７ｄＢと非常に大きくなり、曲げ損失及び接続損失がともに低減されたものとはならない。

つぎに、図５に示すようなＷセグメント型屈折率プロファイルを有する、本発明によ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。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープした第１コア、２層目にフッ素をドープしたディプレスト層である第２コア、３層目にゲルマニウムをドープしたセグメント層である第３コアが設けられている。なお、図５において、符号２１は第１コアの屈折率プロファイル、符号２２は第２コアの屈折率プロファイル、符号２３は第３コアの屈折率プロファイル、符号２５はクラッドの屈折率プロファイルを示す。各屈折率プロファイルを示すパラメータについての詳細な設計値及び計算された光ファイバの特性を図３の番号Ｃに示す。Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、下記式（４）で示される。
Δ３＝｛（ｎ_c3−ｎ_c）／ｎ_c3｝・１００ （４）
ここで、ｎ_c3はＷセグメント型屈折率プロファイルにおける第３コアの最大屈折率である。

番号Ｃの光ファイバは、波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤが５．５μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ半径２ｍｍでの曲げ損失は０．６ｄＢ／ターンであった。この結果、Ｗセグメント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かった。

図６に示すような擬似Ｗ型屈折率プロファイルを有する、本発明による石英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。本光ファイバにおいては、１層目にゲルマニウムをドープした第１コア、２層目にシリカ層である第２コア、３層目にフッ素をドープしたディプレスト層である第３コアが設けられている。なお、図６において、符号３１は第１コアの屈折率プロファイル、符号３２は第２コアの屈折率プロファイル、符号３３は第３コアの屈折率プロファイル、符号３５はクラッドの屈折率プロファイルを示す。各各屈折率プロファイルを示すパラメータについての詳細な設計値及び計算された特性を図３の番号Ｄに示す。前述の場合と同様、Δ３はクラッドに対する第３コアの比屈折率差であり、式（４）で示される。この場合、式（４）中のｎ_c3は擬似Ｗ型屈折率プロファイルにおける第３コアの最小屈折率である。

番号Ｄの光ファイバは、波長１１００ｎｍにおいてＭＦＤが５．８μｍとなり、同波長でシングルモード動作し、なおかつ同波長において曲げ半径２ｍｍでの曲げ損失は０．５ｄＢ／ターンであった。この結果、Ｗセグメント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かった。

このように、単峰型屈折率プロファイルを有するＳＭＦでは、コア径を変化させてカットオフ波長を決定すると、コア形状に殆ど依存することなく、ＭＦＤが同程度の光ファイバは同程度の曲げ損失を示す。しかし、第１コアの外周に第２コアとしてディプレスト層を設けたＷ型屈折率プロファイルなどにおいては、単峰型屈折率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たままでＭＦＤを変化させることができる。これは、ディプレスト層を設けることで、中央コアの比屈折率差（Δ）を大きくしてもカットオフ波長が長波長にシフトしないので、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コアの形状がＭＦＤに大きく影響する。第１コアの屈折率分布の形状を表すα値が小さい程光の閉じ込め効果が小さくなり、ＭＦＤが大きくなる。一方、ＭＦＤは、ディプレスト層のΔの大きさ、或いは層幅には影響されない。

つぎに、本発明の実施の形態に係る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１２５μｍに対し、被覆後外径２５０μｍであり、光ファイバを複数本平行に並べて相互に接合した光ファイバテープのピッチとしては、２５０μｍであるのが一般的である。光ファイバの外径を細くした細径光ファイバにおいては、被覆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５５〜９０μｍの細径光ファイバを用いることが好ましい。細径光ファイバを用いた狭いピッチの光ファイバテープは、配線のフレキシビリティが高く、かつ省スペース収納が可能であり、光インターコネクションに適した光部品となる。

上述した計算結果に示されるように、本発明の光ファイバは波長１１００ｎｍにおけるシングルモード光伝搬を可能とし、かつ、波長１１００ｎｍにおける曲げ損失特性及び接続損失特性に優れている。このような本発明の光ファイバを用いた光ファイバテープを伝送媒体として適用し、光源として発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを使用した光インターコネクションシステムの構成例を図７に示す。図７に示す光インターコネクションシステム１０は、バックボード３と、該バックボード３にコネクタ接続部４によって接続されたプリント基板２とを備える。プリント基板２上には、光Ｉ／Ｏ１が実装され、該光Ｉ／Ｏ１は、上述した細径光ファイバテープ５を介してコネクタ接続部４と接続される。これによりプリント基板２とバックボード３と間での光接続が果たされる。細径光ファイバテープ５は、バックボード３上にも配置されており、これにより、光インターコネクションシステム同士の光接続が可能となる。

さらに、図３の番号Ａの特性を有する光ファイバを用いて光ファイバテープを作製し、この光ファイバテープと発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬとを用いた、図７と同様の構造の光インターコネクションシステムを実際に構築した。ＶＣＳＥＬの出力光パワーは−３ｄＢｍ、受光器の受信感度は−１６ｄＢｍであり、システムのダイナミックレンジ（曲げ損失と接続損失との和におけるロスマージン）は１３ｄＢである。

このとき用いた光ファイバは被覆を有するものである。すなわち、図８に示すように、被覆を有する光ファイバ５０において、光ファイバ５１の外径すなわちクラッド径を８０μｍ、１次被覆樹脂５２の外径を１０５μｍ、２次被覆樹脂５３の外径を１２５μｍとした。さらに、図９に示すように、被覆を有する光ファイバ５０をピッチＰ１２５μｍにて１２本平行に並べ、これをテープ被覆であるテープ用被覆樹脂６１にて覆うことによりこれら被覆を有する光ファイバ５１を接合して、細径の光ファイバテープ６０を作製した。テープ用被覆樹脂６１が薄肉化されることによる損失増加量と、省スペース化の両要素を考慮に入れ被覆径Ｈ（厚さＨ）を１７０μｍとした。ピッチＰが１２５μｍとされた光ファイバテープ６０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。テープ用被覆樹脂６１の材料としては紫外線硬化樹脂を用いている。

ピッチＰは光ファイバ５１のクラッド径が５５μｍ、２次被覆外径とクラッド外径との差が２０μｍの細径光ファイバを用いれば７５μｍまで小さくすることができる。

光ファイバテープ６０の仕上がり寸法は、幅Ｗが１．５５ｍｍ、厚さＨが０．１７ｍｍとなった。接続相手となる光源のＶＣＳＥＬをピッチ１２５μｍ、１２チャンネルにアレイ化することで、作製したファイバテープ６０による一括光接続が可能となる。この構成においては、ＶＣＳＥＬを直接変調することで、１００Ｇｂｐｓを超える超高速光通信が実現される。

なお、本実施の形態においては発振波長１２００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用したが、上述した本発明の実施例に係る光ファイバは波長１１００ｎｍにおいてもシングルモード伝送が可能であり、発振波長１１００ｎｍのＶＣＳＥＬを適用した場合にも、光インターコネクションシステムを同様に構築できることは、当業者には明らかである。

つぎに、テープ用被覆樹脂６１の材料となる紫外線硬化樹脂として難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて、難燃テープ心線を作製した。なお、ここで用いた難燃性紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の製造の際に、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、トリフェニルアンチモンなどのアンチモン化合物、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムといった金属水和物、またリン酸エステルなどのリン化合物を加えることや、紫外線硬化樹脂を構成するプレポリマや、アクリルモノマー自体を臭素や塩素でハロゲン化し、さらにリンを含ませるなどして紫外線硬化樹脂の難燃化を検討した。これらの方法のなかで、臭素系難燃剤を加える方法が特に難燃化に有効であった。

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。

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クリレート樹脂をもちいて得られた光ファイバテープを、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験により評価した。その結果、ファイバに着火した炎は平均３．２秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。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を用いることもできる。

つぎに、光ファイバテープ６０において、光ファイバ被覆樹脂のすべてまたは一部、及びテープ用被覆樹脂を難燃紫外線硬化樹脂にすることで高い難燃性を得ることを検討した。その結果、少なくとも光ファイバの２次被覆樹脂とテープ用被覆樹脂に難燃剤を含む紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を用いて得られた光ファイバテープにより、ＪＩＳ Ｃ３００５規格６０度傾斜燃焼試験において、着火した炎は平均２．６秒程度で自然に消火し、規格を満足することができた。

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く、前記ＵＬ規格を満足することができた。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。

同種のＳＭＦ同士の接続において、軸ずれに対するＭＦＤと接続損失との関係を計算した結果を示す図である。 本発明の光ファイバの特性の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２、図４〜６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。 従来の光ファイバの特性のシミュレーションに用いる単峰型屈折率プロファイルを示す図である。 本発明の光ファイバの特性の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。 本発明の光ファイバの特性のシミュレーションに用いる擬似Ｗ型屈折率プロファイルを示す図である。 本発明の光インターコネクションシステムの構成例を示す図である。 本発明の被覆を有する光ファイバの断面図である。 本発明の光ファイバテープの断面図である。

符号の説明

１ 光Ｉ／Ｏ
２ プリント基板
３ バックボード
４ コネクタ接続部
５ 細径光ファイバテープ
１０ 光インターコネクションシステム
１１、２１、３１ 第１コアの屈折率プロファイル
１２、２２、３２、 第２コアの屈折率プロファイル
２３、３３ 第３コアの屈折率プロファイル
１５、２５、３５、４５ クラッドの屈折率プロファイル
５０ 被覆を有する光ファイバ
５１ 光ファイバ
５２ １次被覆樹脂
５３ ２次被覆樹脂
６０ 光ファイバテープ
６１ テープ用被覆樹脂

Claims (8)

1. コア及びクラッドが石英系ガラスからなり、波長１１００ｎｍにおけるモードフィールド径が５．５μｍ以上であり、１１００ｎｍにおいてシングルモード伝搬し、半径２ｍｍで曲げたときの波長１１００ｎｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ターン以下であることを特徴とする光ファイバ。
2. クラッド径が５５μｍ〜９０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記コアが、第１コア及び前記第１コアを取り囲む第２コアからなり、前記コアの屈折率分布において、前記第１コアの比屈折率差（Δ１）が０．６％以上であり、前記第２コアの比屈折率差（Δ２）が−０．０２％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硬化樹脂の少なくともいずれか一方でなる被覆を有し、前記紫外線硬化樹脂および熱硬化樹脂のうち少なくとも一部は難燃性を有するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
5. 請求項１〜４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相互に接合されていることを特徴とする光ファイバテープ。
6. 難燃紫外線硬化樹脂および難燃熱可塑性樹脂の少なくともいずれか一方でなるテープ被覆を有することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバテープ。
7. １１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする光インターコネクションシステム。
8. １１００ｎｍ〜１２００ｎｍの発振波長を有する面発光半導体レーザからなる光源と、 請求項５または６に記載の光ファイバテープからなる伝送媒体とを具備することを特徴とする光インターコネクションシステム。

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