光纤、光纤带以及光互连系统的制作方法

专利名称：光纤、光纤带以及光互连系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及设备内光纤布线用光纤，特别涉及能够以小曲率半径弯曲 的光纤、使用了该光纤的光纤带以及光互连系统。
背景技术：
作为在设备内的信号传送中使用的方式，有电传送方式和光互连方式
这2种。随着近年来CPU时钟频率的高速化，在电传送方式中，高密度 布线所造成的干扰成为不可忽视的问题，由此越来越需要关于波形成形技 术等的运用。其结果是，在作为设备内的信号传送方式而应用了电传送方 式的情况下，传送距离为lm以及传送速度为10Gbps左右已经到达了传 送极限。
另一方面，就光互连方式而言，其与电传送方式比较，不仅能够进行 非常宽的宽带传送，而且能够构筑使用了小型且低功耗的光器件的信号传 送系统。因此，光互连方式作为取代电传送方式的设备内信号传送技术而 备受关注。
另外，作为光互连方式的光传送技术之一，使用了光纤的方式受到关 注。由于希望在设备内尽可能节省空间来收纳所使用的全部光器件，所以 作为在光互连方式中使用的光纤，希望是能够可撓性布线，在光纤与光纤、 或光纤与光源等光器件之间连接中的连接损失小的光纤。
另外，作为光源，作为访问系统、以太(注册商标)以及光信道用常 温(uncooled)光源，直接调制型在从2.5Gbps至100Gbps范围动作的面 发光激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser、以下，记述为VCSEL) 受到关注。VCSEL与分布反馈型(DFB)激光器等端面射出型激光相比， 具有以下的特征。
(a) 激光从基板表面垂直射出。
(b) 容易实现多通道阵列化。
(C)可在低阈值、低功耗的条件下动作。
(d) 出射面的反射率高，对返回光具有强的反射力(无须单面波导
管(isolator))。
(e) 光束出射形状为圆形，与光纤的耦合率高(无须透镜)。 由于能够如上述那样减少单面波导管、透镜等部件数量，所以VCSEL
是作为组件能够降低成本的器件。把GaAs/AlGaAs量子等作为活性层使用 的波长为850nm波段的VCSEL，作为短距离通信用激光元件的实用标准， 得到广泛普及。作为在此情况下使用的代表性的光纤，例如有作为多模光 纤(以下记述为MMF)的一种的石英类渐变折射率(graded index)光纤。
MMF具有单模光纤(以下记述为SMF)的IO倍左右的芯径，具有数 值孔径大的特征。因此，在光纤与光纤、或光纤与光源等光部件之间连接 时，不需要高精度，可实现容易的连接。
近年来，为了进行更高速度的传送，展开了对于比MMF损耗小且宽 波段的SMF的应用的探讨。作为在此情况下使用的光源，具有在石英类 光纤的低损耗波段的1.3um波段(1300土50nm)具有谐振波长的VCSEL 受到关注，并且得到不断的研究开发。
〈旦是，根据 ITU-T ( International Telecommunication Union Telecommunication Standard Sector) G. 652规定的标准SMF，在被收纳在 设备内时由于产生大的弯曲损失，所以不能适应。
另外，作为改善了弯曲损失的SMF，有作为可良好地使用在FTTH (Fiber To The Home)中的光纤，存在在标准SMF的包层部分具有比包 层的折射率低的低折射率部分的沟槽型折射率特性的光纤的报道(例如， 非专利文献l)，但不能充分适合在光互连系统中的应用。
非专利文献l:池田真举、松尾昌一郎、姬野邦治(接続損失低減 型低曲W損失光7 7^A、電子情報通信学会、信学技報}("连接损 失低减型低弯曲损失光纤"电子信息通信学会信学技报)OCS2003-43， OFT2003-25 (2003-8)
但是，如上所述，作为在光互连系统中使用的光纤，要求实现一种不 仅能够降低弯曲损失和连接损失并能够进行高速光传送且适合容易构筑 光互连系统的光纤。
另外，标准SMF由于产生大的弯曲损失，所以不能适应。因此，虽 然需要降低光纤的弯曲损失，但即使是以上述的非专利文献1所记载的光 纤为代表的可良好地应用在FTTH中的改善了弯曲损失的SMF，也不能充 分适合应用在光互连系统中。

发明内容
本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，实现弯曲损失和连 接损失的这两种损失的降低，获得可进行高速光传送的光纤和光纤带，由 此容易地构筑光互连系统。
为了解决上述的问题，达到上述的目的，本发明提供一种光纤，具有 芯和包层，并由石英类玻璃构成，其特征在于，波长1300nm中的模场径 为5.4ixm以上，单模传播波长为1250nm的光，在以lmm的曲率半径弯 曲时的波长为1300nm中的弯曲损失为ldB/圈以下。
另外，本发明的光纤的其他特征是，在上述的发明中，包层的直径为 55至90p m。
另外，本发明的光纤的其他特征是，在上述的发明中，位于中心部的 第1芯相对包层的折射率比差(Al)为0.8%以上，ct值为1.5以上，包 围第1芯的第2芯相对包层的折射率比差(A2)为-0.05%以下。
另外，本发明的光纤的其他特征是，在上述的发明中，位于中心部的 第1芯相对包层的折射率比差(△ 1)为0.8%以上，a值为1.5以上，包 围第1芯的第2芯相对包层的折射率比差(A2)为-0.05%以下，包围第2 芯的第3芯相对包层的折射率比差(A3)在0.4%以下。
另外，本发明的光纤的其他特征是，在上述的发明中，位于中心部的 第1芯相对包层的折射率比差(△ 1)为0.8%以上，a值为1.5以上，包 围第1芯的第2芯相对包层的折射率比差(A2)为0，包围第2芯的第3 芯相对包层的折射率比差(A3)在-0.05%以下。
另外，本发明的光纤的其他特征是，在上述的发明中，光纤具有由紫 外线固化树脂、热可塑性树脂以及热固化树脂的至少一种构成的包覆层， 该包覆层具有阻燃性。
另外，本发明提供一种光纤带，其特征在于，把上述任意一项发明的
光纤平行排列，构成扁平带状的一体化。
另外，本发明的光纤带的其他特征是，在上述的发明中，被一体化成 上述扁平带状的多条光纤具有由阻燃紫外线固化树脂、阻燃热可塑性树脂 以及阻燃热固化树脂的至少一种构成的带包覆层。
另外，本发明提供一种光互连系统，是通信波长为1.3um波段的光 互连系统，其特征在于，具有光纤和面发光激光器，该光纤具有芯和包层， 并由石英类玻璃构成，且传送光信号，同时，波长1300nm中的模场径为 5.4um以上，单模传播波长为1250nm的光，在以lmm的曲率半径弯曲 时的波长1300nm中的弯曲损失为ldB/圈以下；该面发光激光器向光纤入 射波长为1.3nm波段的光信号。
根据本发明，可实现弯曲损失和连接损失的两种损失的降低，获得可 进行高速光传送的光纤和光纤带，由此可容易构筑光互连系统。


图1是表示单峰型折射率特性中的弯曲损失与MFD的关系(设定弯 曲半径为lm、截止波长为1300nm)的曲线图。
图2是表示各个MFD中的同类光纤连接时的轴偏移量与连接损失的 关系的曲线图。
图3是表示在设弯曲半径为5mm、 1圈、寿命为5年时的破断概率与
包层直径的关系的曲线图。
图4是表示在模拟实验中使用的W型折射率特性的图。
图5是表示具有图4的W型折射率特性的光纤中的各个参数变化时
的特性一览的图表(MFD、弯曲损失、色散值是在波长为1300nm时的值)。 图6是表示在模拟实验中使用的W区段型折射率特性的图。 图7是表示具有图6的W区段型折射率特性的光纤中的各个参数变
化时的特性一览的图表(MFD、弯曲损失、色散值是在波长为1300nm时
的值)。
图8是表示在模拟实验中使用的模拟W型折射率特性的图。 图9是表示具有图8的模拟W型折射率特性的光纤中的各个参数变 化时的特性一览的图表(MFD、弯曲损失、色散值是在波长为1300nm时
的值)。
图10是表示具有在用于比较的模拟实验中使用的单峰型折射率特性
的光纤的光学特性的图表(MFD、弯曲损失、色散值是在波长为1300nm 时的值，弯曲损失中的弯曲半径为lmm)。
图11是表示本发明的实施方式的通信波长为1.3 u m波段的光互连系 统的构筑例的立体图。
图12是在图11的光互连系统的构筑例中使用的细径光纤的横剖面图。
图13是在图11的光互连系统的构筑例中使用的12芯细径光纤的横 剖面图。
图中10-光纤；11-第1芯；12-第2芯；15-包层；21 -第1
芯；22 —第2芯；23 —第3芯；31 -第1芯；32 —第2芯；33 —第3 芯；40—光纤带；41—LSI; 42—电气布线；43—驱动IC; 44 — VCSEL (面发光激光器) ， 46a、 46b-连接器；47-背板；48a、 48b-印刷基 板；49-PD; 52-l次包覆树脂；53-2次包覆树脂；54-带用包覆树脂。
具体实施例方式
下面，对本发明的光纤的实施方式进行详细说明。另外，本发明不受 此实施方式的限定。
本发明的光纤是通过单模传播波长为1250nm的光而能够在1.3 U m波 段进行低损失的高速光传送的光纤，由于在波长为1300nm中的模场径大 于或等于5.4ixm，所以可降低光纤彼此之间的连接损失，容易构筑光互连 系统，并且由于在以曲率半径为lmm进行了弯曲时的波长1300nm中的弯 曲损失在ldB/圈以下，所以能够实现光纤的挠性布线和紧凑的收纳。下面， 进行具体说明。
首先，在设备内光布线中使用了石英类光纤的情况下，要求该光纤能 够进行挠性的布线，并且能够紧凑地收纳。另一方面，在假设是构筑高速 光互连系统的情况下，希望光纤的传送损失趋近于零。即，对于光互连用 的光纤，要求在布线时该光纤即使被弯曲成非常小的曲率半径，也不会产 生弯曲损失。在假设是实际的设备内光布线的情况下，假设对布线后的光
纤在多处进行了最终成为曲率半径为lmm左右的弯曲。因此，在进行迂 回布线时施加了局部的弯曲的情况下、和从最坏值设计的观点出发而考虑 了必要的弯曲损失容许值的情况下，在进行了 1圈(在本说明书中，在对 形成弯曲的部分(弯曲部)的计数方法中使用"圈"，在光纤被弯曲360 度时计数为l圈。例如，在有4处90度的弯曲部时称为1圈，在有2处 90度的弯曲部时称为1/2圈)的曲率半径为lmm的弯曲时，如果弯曲损 失为ldB以下，则表示具有充分良好的弯曲损失特性，能够用于挠性布线。 通常，在标准SMF中，为了降低弯曲损失，必须提高基本模式的有 效折射率。 一般在提高基本模式的有效折射率的情况下，采用在光纤的折 射率特性中增大芯一包层之间的折射率比差A的方法。折射率比差用下式 (1)定义。ne。re、 n^d分别是芯区域和包层区域的折射率。
ncore — nclad
)/ncore} X層[%] (1)
图1表示通过模拟实验求出的在单峰型折射率特性的光纤中使芯的折 射率比差A、芯径、以及表示芯的折射率分布形状的参数的ci值进行了各 种变化的情况下，波长1300nm中的模场径(以下记述为MFD) [um]、 与波长1300nm中的弯曲半径为lmm的每1圈的弯曲损失[dB/圈]的关系 的结果。截止波长被固定在1300nm。另外，如果把表示芯的折射率分布 形状的a值设定为a ，则a由式(2)定义。
n2 (r) =ncore2 X {1-2X ( A/100) X (2r/a) Aa } (其中，0<r<a/2) (2)
这里，r表示从光纤的中心在半径方向的位置，n (r)表示位置r中的 折射率，a表示芯的直径。另外，符号"a"是表示幂乘的记号。 一般在单 峰型折射率特性的光纤中，在提高折射率比差A时MFD减小，但从图1 中可看出，在通过提高折射率比差A而减小了MFD时，可降低弯曲损失。 而且还看出即使改变a值，弯曲损失与MFD的关系也不发生变化。艮P， 在单峰型折射率特性中，弯曲损失与MFD的关系与第1芯的折射率分布 形状无关，为一定。另外，从该图中看出，为了实现弯曲损失在1.0dB/圈 以下，需要5.2um以下的MFD，但为了实现该MFD的值，需要约1.3% 以上的折射率比差A。
另外，弯曲损失越小，MFD就越小。例如，在厶=1.3%、 a-2.0的
单峰型折射率特性的情况下，弯曲损失为0.7dB/圈，但MFD减少到5.0 u m的程度。
这里，在构筑基于光互连的设备内通信系统的情况下，假设光纤和 VCSEL等的光部件之间的连接是通过空间耦合来连接。通常，在通过空 间耦合连接光导波路的情况下，产生连接损失。该连接损失T由耦合效率 n所决定，其可以使用下式(3)至(5)进行理论计算。
T--lOXlogri (3) 7] = k Xexp(— k X[(l/w Ww2) Xx2/2]} (4)
1 2 0
/c =4/{(w/w +w/w)2+((X Xz/(兀Xw Xw)2} (5)
12 2 1 12
w,、 W2表不连接的各个光纤的MFD、 xo表示连接光纤的光轴偏移量 (以下记述为轴偏移量)、A表示使用波长、z表示光纤端面间距离。在 上式的情况下，假设两光纤的光轴平行。
图2表示在利用式(3)至(5)求出的同类光纤彼此之间的空间连接 中，轴偏移量与波长1300nm中的连接损失的关系。图2是表示凡例所示 的4.6~6.2 u m的各个MFD中的同类光纤连接时的轴偏移量与连接损失的 关系的曲线图。横轴表示同类光纤连接时的轴偏移量["m],纵轴表示同 类光纤连接时的连接损失[dB]。
图2所示的关系是把连接光纤端面间距离z设为零而计算出的关系。 从图2中可看出，随着轴偏移量的增大，连接损失增大。另外，连接的光 纤的MFD越小，相对轴偏移量的连接损失增加倾向越大。轴偏移量和MFD 成为在把光纤与VCSEL等光源、把光纤与PD等受光部、或光纤彼此之 间连接时的重要的参数。由于现状中基于制造误差的轴偏移量的最大值可' 以达到l.Oum的程度，所以从最坏值设计的观点出发，需要进行考虑到 可容许l.Oum的轴偏移的损失设计。
例如，假设构筑利用光纤连接VCSEL—PD之间的高速光互连系统。 作为VCSEL的光输出值，考虑到在高温动作时输出呈现下降的趋势，把 其设定为-10dBm左右，把PD的最低受光灵敏度设定为-16dBm。在这种 情况下，作为光连接损失预期值(link loss budget)，只能确保6dB左右。 这里，设想具体的光布线形态。假设光纤一VCSEL之间连接有1处、光 纤彼此之间连接有5处、光纤一PD之间连接有1处，在各个连接点中，从最坏值设计的观点出发，假设有1.0um的轴偏移。在上述连接部位中， 在VCSEL—光纤之间、以及在光纤一PD之间，把两部件的MFD设为4 至6um，并存在3度的角度偏移量的情况下，产生合计3.0dB左右的连 接损失。因此，作为光纤一光纤之间的容许总连接损失，需要设定为3dB 以下，即，需要把每一个连接部位的连接损失设定为0.6dB以下。为了满 足该条件，如图2所示，需要使MFD最低为5.4um。在降低了上述弯曲 损失的^=1.3%、 <1=2.0的单峰型折射率特性的情况下，由于MFD为5.0 um左右，所以在每一个连接部位产生最大0.70dB的连接损失。因此， 此种情况下的总连接损失成为3.5dB左右，难以构筑高速光互连系统。
如上述那样，在光纤折射率特性的设计中，在为了降低弯曲损失而提 高了折射率比差A的情况下，造成MFD下降，连接损失增加。即，在弯 曲损失与连接损失之间存在折中选择关系。而且，如图l所示那样，在单 峰型折射率特性中，即使改变第1芯的折射率分布形状，也不能完全改善 上述的折中选择关系。
本实施方式的光纤，通过把芯的折射率特性设定为2层构造的W型 折射率特性、或3层构造的W区段型折射率特性、模拟W型折射率特性， 并且优化这些构造参数，来改善弯曲损失一连接损失的折中选择关系。
艮P,在具有单峰型特性的SMF中，在通过改变芯径决定截止波长时， 几乎与芯的形状无关，MFD为相同程度的光纤显示相同程度的弯曲损失。 但是，在第1芯的外周设置作为第2芯的比包层的折射率低的凹陷 (depressed)层的W型特性等中，能够在维持与单峰型特性同等的弯曲 损失、截止波长的同时，改变MFD。其原因是，通过设置凹陷层，即使 增大中央芯的折射率比差(A)，截止波长也不会向长波长偏移，所以不 需要为了调整截止波长而减小芯径。另外，在作为第2芯而设置了凹陷层 的情况下，第1芯的形状对MFD产生大的影响。表示第1芯的折射率分 布形状的a值越小，光约束(optical confinement)效果越小，MFD越大。 另一方面，MFD不敏感地被凹陷层的折射率比差A的大小、层宽所影响。
另一方面，在假设是设备内光布线的情况下，要求能够被紧凑收纳， 在设备内的各个部位，除了上述的弯曲半径为lmm左右的弯曲以外，还 存在由于布线的翘曲等使弯曲半径为5mm左右的曲率半径小的弯曲。关
于被进行了弯曲半径为lmm左右的弯曲的部位，虽然可通过实施热处理 等来缓解变形的处置，但对于在设备内的各个部位发生的弯曲半径为5mm 左右的弯曲，则不能采取这样的处置。因此，在对光纤的被实施了弯曲半 径为5mm左右的弯曲的部位进行了曲率半径小的弯曲的情况下，由于在 弯曲部位产生的应力变形会导致光纤的破断。因此，需要降低基于弯曲的 破断概率。
另外，弯曲损失根据弯曲半径而不同，当弯曲半径从lmm扩大到5mm 时，弯曲损失减少2位数左右，即使是在弯曲半径lmm时为10dB/圈的光 纤，在弯曲半径为5mm时，也能够改善到O.ldB/圈。因此，只要满足在 弯曲半径为lmm时为ldB/圈，在光纤的布线时，即使施加了半径为5mm 左右的弯曲，损失的变化也是在误差的范围内。
一般，包层直径越大，弯曲光纤时的变形越大，破断概率也越大。例 如，在构筑使用了光纤的光互连系统的情况下，假设在光纤中存在相当于 弯曲半径r=5mm左右1圈的弯曲。图3表示此种情况下的光纤的包层直 径与光纤破断概率在由模拟实验求出的关系。
图3是设定为弯曲半径为5mm、 1圈、寿命为5年时的破断概率与包 层直径的关系的曲线图。纵轴表示破断概率[%]，横轴表示包层直径pm]。 在该模拟实验中，把屏蔽等级设定为1.5%、把包覆材料之间的疲劳系数设 定为18、设定制品寿命为5年。在光纤的包层直径为125um的情况下的 光纤的破断概率在5年以内达到了 100%，不可能构筑系统。但是，在把 包层直径縮小到90 u m的情况下的光纤破断概率为0.9%，能够减少到在 125y m的情况下的0.3%左右。在系统设计上，希望破断概率为1.0%以下。 从弯曲损失的发生方面讲，虽然对于通常的光纤不强烈要求提高基于弯曲 的破断率，但在如光互连那样被弯曲成小直径的情况下，降低基于上述那 样进行小直径巻曲的破断率的效果显著。
另一方面，在SMF中，相对MFD大约为IO倍左右的包层区域对传 送损失产生影响。因此，在具有5.4nm以上的MFD的本用途的光纤中， 只要有55 y m以上的包层直径，不会产生由包层直径的缩小产生的传送损 失的增大。
艮口，本实施方式的光纤通过縮小包层直径，设定为55um至90um，
降低了施加弯曲应力时的破断概率，而且提高了布线的可挠性。
下面，结合模拟实验的结果，对本实施方式的光纤进行更详细的说明。 通过模拟实验，求出了由具有图4所示那样的W型折射率特性的石英类
玻璃构成的包层直径为80 u m的光纤的特性。在具有图4所示的W型折 射率特性的光纤中，设有位于中心部，掺杂了锗的第l芯ll (直径a)， 并设有包围该第1芯11的掺杂了氟的第2芯12 (直径b)。而且，设有 包围第2芯12的由纯石英构成的包层15。图5表示在具有图4所示的W 型折射率特性的光纤中改变了各个参数值的从编号Al至A15的光纤特性 的模拟实验结果。另外，所谓上述的纯石英是指不包含折射率调整用掺杂 剂的石英，可以包含对折射率不产生影响的C1元素等。
折射率比差A 1和折射率比差A2分别是相对包层15的第1芯11的 折射率比差、和相对包层15的第2芯的折射率比差，由下式(6)和(7) 所示。
△ 1={ (ncl-nc) /nc}] X 100 [%] (6) A2={ (nc2-nc) /nc}] X 100 [%] (7)
这里，nd是第l芯ll的最大折射率，ne2是第2芯12的最大折射率， 是包层15的折射率。另外，把第l芯ll的a值设为cil。
另外，在W型折射率特性中，第l芯ll的直径a被设为在第1芯11 与第2芯12的交界处具有与包层15相同折射率的位置的直径，第2芯12 的直径b被设为在第2芯12与包层15的交界处具有后述的折射率比差△ 2的1/2的折射率比差的位置的直径。
在图5的编号Al至A15的光纤中，波长1300nm中的MFD为5.4 y m以上、单模传播波长为1250nm的光、并且在以半径lmm弯曲时的弯 曲损失为ldB/圈以下的光纤有编号A2、 A3、 A5、以及A7至A15的光 纤。因此，根据这些模拟实验结果，可看出，关于具有图4所示那样的W 型特性的光纤，通过把第1芯11的折射率比差(A 1)设定为0.8%以上、 把a值设定为1.5以上、把第2芯12的折射率比差(A2)设定为-0.05% 以下，可获得具有所希望的特性的本发明的光纤。特别是只要把第2芯12 的折射率比差(A2)设定为-0.05%以下即可，即，由于第2芯12的折射 率只要稍低于包层15的折射率即可，所以折射率特性的设计自由度增大，
提高了制造性。
另外，本说明书中的截止波长被设定为由ITU-TG， 650.1规定的光纤 截止波长入c。另外，关于在本说明书中未特别定义的用语，遵循ITU-T G， 650.1中的定义、和测定方法。
然后，通过模拟实验求出了具有图6所示的W区段型特性的包层直 径为80 y m的由石英类玻璃构成的光纤的特性。在具有图6所示的W区 段型特性的光纤中，设有位于中心部、掺杂了锗的第1芯21 (直径a)。 并设有包围该第1芯21的掺杂了氟的第2芯22 (直径b)。而且，设有 包围第2芯22的掺杂了锗的第3芯23 (直径c)。而且，还设有包围该 第3芯23的由纯石英构成的包层15。折射率比差A 3是相对包层15的第 3芯23的折射率比差，由下式(8)所示。
△ 3={ (nc3-nc) /nc} X 100 [%] (8)
这里，n。是W区段型特性中的第3芯23的最大折射率。另外，在W 区段型折射率特性中，第1芯21的直径a被设为在第1芯21与第2芯22 的交界处具有与包层15相同折射率的位置的直径，第2芯22的直径b被 设为在第2芯22与第3芯23的交界处具有折射率比差A2的1/2的折射 率比差的位置的直径。第3芯23的直径c被设为在第3芯23与包层15 的交界处具有折射率比差A3的1/10的折射率比差的位置的直径。
图7表示具有图6所示的W区段型特性的光纤中，改变了各个参数 值的从编号B1至B13的光纤的特性的模拟实验结果。
在图7的编号Bl至B13的光纤中，波长1300nm中的MFD为5.4 u m以上、单模传播波长为1250nm的光、并且在以半径lmm弯曲时的弯 曲损失为ldB/圈以下的光纤有编号B2、 B4、以及B6至B13 (除Bll)的 光纤。因此，根据这些模拟实验结果，可看出，在具有图6所示那样的W 区段型特性的光纤中，通过把第1芯21的折射率比差(Al)设定为0.8% 以上、把a值设定为1.5以上、把第2芯22的折射率比差(A2)设定为 -0.05%以下、把第3芯23的折射率比差(A3)设定为0.4%以下，可获得 具有所希望的特性的本发明的光纤。
然后，通过模拟实验求出了具有图8所示的包层直径为80 u m的模拟 W型特性的由石英类玻璃构成的光纤的特性。在具有图8所示的模拟W
型特性的光纤中，设有位于中心部、掺杂了锗的第1芯31 (直径a)。并 设有包围该第1芯31的由纯硅玻璃构成的第2芯32 (直径b)。而且进 一步设有包围第2芯32的掺杂了锗的第3芯33 (直径c)。而且，还设 有包围该第3芯33的包层15。折射率比差A 3是相对包层15的第3芯33 的折射率比差，由下式(9)所示。
△ 3={ (nc3-nc) /nc} X 100 [%] (9)
这里，ne3是模拟W型特性中的第3芯33的最小折射率。另外，在模 拟W型折射率特性中，第1芯31的直径a被设为在第1芯31与第2芯 32的交界处具有折射率比差A 1的1/10的折射率比差的位置的直径。第2 芯32的直径b被设为在第2芯32与第3芯33的交界处具有折射率比差 A 3的1/2的折射率比差的位置的直径。第3芯33的直径c被设为第3芯 33与包层15的交界处具有折射率比差A 3的1/2的折射率比差的位置的直 径。
图9表示具有图8所示的模拟W型特性的光纤中、改变了各个参数 值的从编号Cl至Cll的光纤的特性的模拟实验结果。在图9的编号CI 至Cll的光纤中，波长1300nm中的MFD为5.4um以上、单模传播波长 为1250nm的光、并且在以半径1mm弯曲时的弯曲损失为ldB/圈以下的 光纤有编号C2、 C3、 C5、以及C7至C11的光纤。因此，根据这些模拟 实验结果，可看出，在具有图8所示那样的模拟W型特性的光纤中，通 过在芯的折射率分布中把第1芯31的折射率比差(A l)设定为0.8%以上、 把a值设定为1.5以上、把第2芯32的折射率比差(A2)设定为0%、把 第3芯33的折射率比差(A3)设定为-0.2%以下，可获得具有所希望的 特性的本发明的光纤。
然后，为了对具有单峰型折射率特性的光纤与上述的光纤进行光学特 性比较，进行了对设计成降低了弯曲损失的单峰型折射率特性的光学特性 的模拟实验。图IO表示其结果。
在编号Dl的光纤中，弯曲损失充分地降低为0.7dB，同时MFD为5.0 um，是比较小的值。另一方面，在编号D2的光纤中，虽然MFD为5.5 um，但弯曲损失为2.3dB/圈，弯曲损失特性变差。把这些结果与具有图 4所示的W型折射率特性的图5的编号A12的光纤(MFD=5.5 u m、弯曲 损失4.3dB/圈)进行特性比较，结果表明，具有图4所示的W型折射率 特性的光纤能够实现单峰型折射率特性的光纤不能实现的光学特性。
下面，对本发明的实施方式的光纤带和光互连系统进行说明。在光互 连中使用光纤的情况下，假设通过把光纤形成光纤带，将光传送体构成多 通道化，进行高速光通信。通常石英类光纤的规格是，相对包层直径125 wm，被包覆后的外径为250ixm，作为把多条光纤平行排列并相互接合的 光纤带的间距， 一般为250um。在将光纤的外径变细后的细径光纤中， 由于包覆后的外径也被细径化，所以，能够制作比以往的光纤带的间距更 窄的光纤带。因此，优选使用上述的包层直径为55 90um的细径光纤。 使用了细径光纤的窄间距的光纤带，布线的可挠性高，且节省收纳空间， 成为适合光互连的光部件。
如上述的模拟实验结果所示那样，本发明的光纤能够进行在1.3 um 波段中的单模光传播，并且，在1.3nm波段中的弯曲损失特性和连接损 失特性良好。图11表示把这样的本发明的光纤作为传送介质使用，并且 把谐振波长为1.3um波段的VCSEL作为光源使用的光互连系统的结构
在图11中，在背板47的一面上，通过支撑2片印刷基板48a、 48b 的一边，而直立设置2片印刷基板48a、 48b。 2片印刷基板48a、 48b隔 开规定的间隔相互对向。在一方的印刷基板48a的对向面上，设有安装在 驱动IC43上的VCSEL44和LSI41。 LSI41与VCSEL44通过电气布线42 被电连接。另外，在另一方的印刷基板48b的对向面上设有PD49。而且， VCSEL44与PD49，通过把本发明的多条光纤做成扁平带状一体化的光纤 带44构成光学连接。光纤带40首先沿着一方的印刷基板48a的主面延伸， 由第1连接器46a弯曲成大致直角，在走过背板47的表面后，通过第2 连接器46b被弯曲成大致直角，然后沿着另一方的印刷基板48b的主面延 伸，到达PD49。
通过这样的光纤的迂回布线，在光纤带40中，存在4处各为1/4圈的 曲率半径为lmm左右的弯曲部A。另外，虽然存在因未图示的光纤的翘 曲等的1圈左右的弯曲半径为5mm左右的弯曲，但可以没问题地动作。 另外，作为在光纤带40中使用的光纤10，使用了如图12所示那样具有图
4所示的W型折射率特性，包层15的直径为80^m， l次包覆树脂52的 外径为105um， 2次包覆树脂53的外径为125um，具有图5的编号A3 的参数值的光纤IO。并且，如图13所示，通过把光纤10以125um的间 距P平行排列12条并把这些使用带用包覆树脂54进行包覆且将这些光纤 IO接合，由此来形成光纤带40。
在光纤带40中，考虑到因使包覆树脂52、 53薄壁化带来的损失增加 量、和节省空间的两个因素，把包覆直径H (厚度H)设为170um。间 距P被设定为125 u m的光纤带40只相当于以往的一半的尺寸，可挠性非 常高，而且在设备内节省收纳空间。作为包覆树脂52、 53的材料，使用 紫外线固化树脂。
.另外，作为光纤IO，如果使用包层15的直径为55um，包覆外径与 包层外径之差为20 u m的细径光纤，则可以把间距P縮小到75 n m。
光纤带40的成品尺寸为宽度W为1.55mm、厚度H为0.17mm。通 过把成为连接对象的光源的VCSEL构成间距为125 um、 12通道的阵列， 能够利用制作的光纤带40进行统一连接。在此结构中，通过直接调制 VCSEL，可实现超过100Gbps的超高速光通信。
另外，由于把包层直径设定为80um，所以可降低基于弯曲的破断概 率，即使经过了作为制品寿命的5年，也几乎不会发生破断。
然后，作为成为光纤带40中的包覆树脂52、 53的材料的紫外线固化 树脂，使用了阻燃性紫外线固化型丙烯酸氨酯树脂，来制作阻燃带芯线。 另外，在制造这里所使用的阻燃性紫外线固化型丙烯酸氨酯树脂时，对于 在树脂中添加溴、氯等卤素类添加剂、三氧化锑、磷酸锑等锑化合物、氢 氧化铝和氢氧化镁的金属氢化物、以及磷酸酯等磷化合物的方法，把构成 紫外线固化树脂的预聚合物、丙烯基单体本身，利用溴或氯实施卤素化， 并进一步包含磷等的方法，进行了紫外线固化树脂的阻燃化的研究。在这 些方法中，添加溴类阻燃剂的方法，对实现阻燃特别有效。
作为通过这样地进行组合成分的变更来实现阻燃的理由是，因为基于 分解反应的生成物包覆树脂的表面，或在燃烧时产生的分解气体在与空气 之间形成隔断层。另外，从含卤素化合物释放的游离基可阻止燃烧的继续， 并且，通过交联使树脂3维化等。
而且，通过带用包覆树脂使用其中作为阻燃剂而包含氢氧化铝的紫外
线固化型丙烯酸氨酯树脂而获得的光纤带，通过JIS C3005规格60度倾斜 燃烧实验进行了评价。其结果，光纤燃烧的火焰在平均3，2秒左右自然熄 灭，能够满足规格。这里使用了阻燃紫外线固化树脂，但也可以取代阻燃 紫外线固化树脂，而使用阻燃热可塑性树脂或阻燃热固化树脂。
然后，对于通过对光纤40的包覆树脂52、 53的全部或一部分、以及 带用包覆树脂54使用阻燃紫外线固化树脂来提高阻燃性的情况进行了研 究。其结果，至少对光纤的2次包覆树脂53和带用树脂使用包含阻燃剂 的紫外线固化型丙烯酸氨酯树脂所获得的光纤带，在JIS C3005规格60度 倾斜燃烧实验中，其燃烧的火焰在平均2.6秒左右自然熄灭，能够满足规 格。
另外，对上述光纤带进行了UL1581规格垂直燃烧试验，其结果是， 火焰在平均5.7秒自然熄灭。另外，燃烧的滴下物也没有，可满足上述UL 规格。另外，对实施了2次包覆的裸线状态的光纤进行了同样的垂直燃烧 试验，其结果，火焰在平均7.6秒自然熄灭，裸线、带芯线的双方的状态 下，具有充分的阻燃性。另外，这里使用了阻燃紫外线固化树脂，但也可 以取代阻燃紫外线固化树脂，而使用阻燃热可塑性树脂或阻燃热固化树 脂。
本发明的光纤、光纤带以及光互连系统可良好地应用于设备内的信号 传送。
权利要求
1. 一种光纤，具有芯和包层，并由石英类玻璃构成，其特征在于，波长1300nm中的模场径为5.4μm以上，单模传播波长为1250nm的光，在以1mm的曲率半径弯曲时的波长1300nm中的弯曲损失为1dB/圈以下。
2. 根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，上述包层的直径为55 至90pm。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于，位于中心部的第l 芯相对上述包层的折射率比差(Al)为0.8%以上，ct值为1.5以上，包 围上述第1芯的第2芯相对上述包层的折射率比差(A2)为-0.05%以下。
4. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于，位于中心部的第l 芯相对上述包层的折射率比差(Al)为0.8%以上，ci值为1.5以上，包 围上述第1芯的第2芯相对上述包层的折射率比差(A2)为-0.05°/。以下， 包围上述第2芯的第3芯相对上述包层的折射率比差(△ 3)在0.4%以下。
5. 根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于，位于中心部的第l 芯相对上述包层的折射率比差(Al)为0.8%以上，a值为1.5以上，包 围上述第1芯的第2芯相对上述包层的折射率比差(A2)为0%，包围上 述第2芯的第3芯相对上述包层的折射率比差(A3)在-0.05%以下。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的光纤，其特征在于，上述光 纤具有由在紫外线固化树脂、热可塑性树脂以及热固化树脂中的至少一种 构成的包覆层，该包覆层具有阻燃性。
7. —种光纤带，其特征在于，将权利要求1至6中任意一项所述的光纤平行排列被一体化成平带状。
8. 根据权利要求7所述的光纤带，其特征在于，被一体化成上述平带 状的多条光纤具有由在阻燃紫外线固化树脂、阻燃热可塑性树脂以及阻燃 热固化树脂中的至少一种构成的带包覆层。
9. 一种光互连系统，是通信波长为1.3um波段的光互连系统，其特 征在于，具备光纤和面发光激光器，上述光纤，其具有芯和包层，并由石英类玻璃构成，且传送光信号， 同时，波长1300nm中的模场径为5.4um以上，单模传播波长为1250nm的光，在以lmm的曲率半径弯曲时的波长1300nrn中的弯曲损失为IdB/ 圈以下；上述面发光激光器，其向上述光纤入射波长为1.3um波段的光信号。
全文摘要
本发明提供一种光纤，具有芯和包层，并由石英类玻璃，其波长1300nm中的模场径为5.4μm以上，单模传播波长为1250nm的光，在以1mm的曲率半径弯曲时的波长1300nm中的弯曲损失为1dB/圈以下。由此，可实现弯曲损失和连接损失的两种损失的降低，获得可进行高速光传送的光纤和光纤带，由此可容易构筑光互连系统。
文档编号G02B6/44GK101395510SQ200780007670
公开日2009年3月25日 申请日期2007年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者下高原岩, 八木健, 杉崎隆一, 稻叶治己 申请人:古河电气工业株式会社