JP5330752B2 - 光ファイバの収納方法および光ファイバ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光ファイバを収納する光ファイバの収納方法および複数の光ファイバを収納した光ファイバ装置に関するものである。

従来より、光ファイバ通信の分野において、光パルス信号を時分割多重したり、または光パルス信号の間の干渉を防止したりする際には、光パルス信号間の位相あるいはタイミングを調整する必要がある。このタイミングを調整する方法として、光ファイバからなる遅延線を用いる方法がある（たとえば、特許文献１、２参照）。この方法においては、複数の光パルス信号のそれぞれを、たとえば互いに長さが異なる光ファイバに入力させると、各光ファイバの長さの差異によって各光パルス信号の伝播時間に差異が発生するので、各光パルス信号のタイミングを調整できる。

特開２００４−２７２１１７号公報 特開２００５−３０３６２５号公報

ところで、通信容量の増大に伴い、使用される光パルス信号の数が増大しているため、光源装置や受光装置の数も増大するとともに、タイミング調整用の光ファイバの数も増大するので、相乗効果によって莫大な収納スペースが必要となってきている。そのため、各装置および光ファイバにはよりコンパクトな収納が要求されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光ファイバをより高密度でコンパクトに収納できる光ファイバの収納方法および複数の光ファイバを高密度で収納した小型の光ファイバ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの収納方法は、複数の光ファイバを収納する光ファイバの収納方法であって、第１の光ファイバを巻き束ねた第１の巻き束を収納体内に配置し、前記第１の巻き束の外径よりも大きい内径で第２の光ファイバを巻き束ねた第２の巻き束を、前記第１の巻き束の外周を囲むように配置することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの収納方法は、上記の発明において、前記第１の巻き束の内径をＤ[ｍｍ]、前記第１の巻き束の断面の直径をＤ_Ｂ[ｍｍ]、前記第１の光ファイバの被覆を含めた外径をＤ_Ｃ[ｍｍ]、前記第１の巻き束の断面における前記第１の光ファイバの断面の充填率パラメータをＰ、前記第１の光ファイバの長さをＬ[ｍ]としたとき、前記Ｄ_Ｂは、下記式（１）〜（３）をみたし、前記第２の巻き束の内径Ｄ_２[ｍｍ]が、下記式（４）をみたすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの収納方法。
Ｄ_Ｂ＝１０×（Ｄ_Ｃ ^２×ｎ×Ｐ^−１）^０．５ ・・・ （１）
Ｐ＞６０ ・・・ （２）
ｎ＝１０００×Ｌ／（πＤ） ・・・ （３）
Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２）＞０ ・・・ （４）

また、本発明に係る光ファイバの収納方法は、上記の発明において、前記第１の巻き束と前記第２の巻き束との間に介挿される巻き束保持部材の前記各巻き束の巻き径方向における総厚さをｔ[ｍｍ]とすると、Ｄ_２は下記式（４ａ）をみたすことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの収納方法。
Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２＋ｔ）＞０ ・・・ （４ａ）

また、本発明に係る光ファイバの収納方法は、上記の発明において、前記第１および第２の巻き束の断面の直径がほぼ同一になるように前記第１および第２の光ファイバの長さならびに前記第１および第２の巻き束の内径を設定することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ装置は、上記の発明のいずれか一つによって収納された複数の光ファイバを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ装置は、上記の発明において、前記複数の光ファイバは、所定波長における光の伝播時間が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ装置は、上記の発明において、前記複数の光ファイバは、零分散波長が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ装置は、上記の発明において、前記複数の光ファイバは、長さが互いに異なることを特徴とする。

本発明によれば、複数の光ファイバをより高密度でコンパクトに収納できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの収納方法および光ファイバ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバ装置の外観を模式的に表した斜視図である。図１に示すように、この光ファイバ装置１００は、収納体を構成する筐体正面部１０１と、筐体上面部１０２と、筐体側面部１０３と、筐体正面部１０１に対向する筐体裏面部１０４と、筐体上面部１０２に対向する筐体底面部１０５と、筐体側面部１０３に対向する筐体側面部１０６とを有している。筐体正面部１０１には、６４個の光コネクタの接続アダプタＡが８×８列に並べられて設けられている。各接続アダプタＡは、片側に２つの光コネクタを接続できるようになっている。

つぎに、図２は、筐体側面部１０３側から見た光ファイバ装置１００の内部構成を模式的に表した側面図である。また、図３は、筐体上面部１０２側から見た光ファイバ装置１００の内部構成を模式的に表した平面図である。図２、３に示すように、この光ファイバ装置１００の内部には、複数の巻き束１０〜４０が収納されている。各複数の巻き束１０〜４０は、筐体側面部１０３、１０６に固定された載置板１０７〜１１０にそれぞれ載置されている。また、各複数の巻き束１０〜４０は、クラッド径が０．１２５ｍｍであり、被覆を含めた外径が０．２５ｍｍであって、長さが互いに異なる標準のシングルモード光ファイバからなる。

つぎに、複数の巻き束１０〜４０について説明するが、いずれも同様の構造を有するので、以下では複数の巻き束１０について具体的に説明する。複数の巻き束１０は、さらに光ファイバの巻き束がほぼ同心円状に配置されたものが、２層に積層した構造を有する。たとえば、複数の巻き束１０の上層においては、内側から順に巻き束１１ａ〜１８ａがほぼ同心円状に配置されている。すなわち、複数の巻き束１０の上層は、巻き束１１ａの外径よりも大きい内径の巻き束１２ａを、巻き束１１ａの外周を囲むように配置するという工程を、順次行なうことによって形成され、コンパクトに収納されている。
同様にして、複数の巻き束１０の下層においては、内側から順に後述する巻き束１１ｂ〜１８ｂがほぼ同心円状に配置されている。

また、各巻き束を構成する光ファイバの両端には、ＳＣコネクタ等の光コネクタＣが取り付けられており、それぞれ接続アダプタＡに接続している。なお、同一の巻き束を構成する光ファイバに取り付けられた２つの光コネクタＣが同一の接続アダプタＡに接続している。

また、複数の巻き束１０を構成する各巻き束は、各巻き束の中心の周りに互いに９０度間隔で配置された４つの保持治具Ｈによって保持されている。図４は、図３におけるＸ−Ｘ線断面を模式的に表した断面図である。この保持治具Ｈは、たとえばポリアセタールからなり、３個の直方体の板状保持部材Ｈ１と、１８個の直方体の板状保持部材Ｈ２を有している。各板状保持部材Ｈ１には主表面の短辺方向に沿って矩形の溝Ｇが９個形成されている。そして、この保持治具Ｈは、板状保持部材Ｈ１の各溝Ｇに板状保持部材Ｈ２が嵌合したものが２層に積層した構造を有しており、載置板１０７にネジや接着剤で固定されている。そして、この保持治具Ｈは、各板状保持部材Ｈ１、Ｈ２が形成する各角筒状の空間において、上層の巻き束１１ａ〜１８ａおよび下層の巻き束１１ｂ〜１８ｂを保持している。なお、各巻き束は、光ファイバをボビンに巻き付け、その後ボビンを取り除いて巻き束を形成する公知の束取り器によって形成できる。束取り器は通常、光ファイバを巻きつける部分の一部もしくは全体が光ファイバの巻きつけの直径方向に可動する構造となっている。光ファイバを束取りする際には、まず可動部を固定してファイバを巻きつける。光ファイバを巻きつけた後、光ファイバが巻かれている部分を光ファイバの巻きつけの直径が小さくなる方向に動かし、巻きつけられた光ファイバを緩めた状態で束取り器を取り除く。束取り器による束取り直後の巻き束の断面形状は、巻き束の径方向が短辺となる長方形に近い形状であるが、束取器からはずしたあと手で押さえることで円形に近い形とし、さらに固定用テープを巻き束の数箇所に巻き付けて巻き束を固定することで断面形状をほぼ円形にしている。これにより、図４に示すように、各巻き束１１ａ〜１８ａ、１１ｂ〜１８ｂはその断面がほぼ円形になるように形成されている。この保持治具Ｈを使用することによって、各巻き束を安定して保持でき、かつ巻き束を積層した状態でも安定した収納状態を実現できる。なお、固定用テープとしては、樹脂テープ、たとえばJIS K6885のシール用四ふっ化エチレン樹脂未焼成テープを用いることができる。

つぎに、この光ファイバ装置１００の使用方法について説明する。はじめに、光ファイバ装置１００の外部から所定の接続アダプタＡに２つの光コネクタを接続する。つぎに、一方の光コネクタからたとえば波長９００〜１７００ｎｍの光パルス信号を入力する。上述したように、各接続アダプタＡには、長さが互いに異なる標準のシングルモード光ファイバが接続されているから、その接続アダプタＡに接続したシングルモード光ファイバの長さおよび波長分散に応じた伝播時間の遅延が光パルス信号に与えられ、タイミングが調整された光パルス信号がもう一方の光コネクタから出力される。

つぎに、各巻き束を構成する光ファイバの長さおよび巻き束の内径について説明する。図５は、図１に示す光ファイバ装置１００の内部に収納された各巻き束を構成する光ファイバの長さおよび巻き束の内径ならびに断面の直径を示した図である。図５に示すように、光ファイバ装置１００には、長さ８ｍから８ｍ間隔で長さ５１２ｍまでの光ファイバが、内径６０ｍｍから２０ｍｍ間隔で内径２００ｍｍの巻き束の状態で収納されている。なお、図５における各番号は、巻き束の配置位置を示しており、番号「Ｘ−Ｙ」とは、図２における積層した巻き束のうち上からＹ番目で内側からＸ番目の巻き束を示している。すなわち、番号「１−１」とは、図３における巻き束１１ａを示しており、番号「８−２」とは、図３における巻き束１８ｂを示している。なお、巻き束の内径の最小値を６０ｍｍとしているので、使用している標準のシングルモード光ファイバにおいて、曲げによるひずみが許容範囲に抑制されるため、破断等が防止される。

したがって、たとえば複数の巻き束１０の上層を構成する巻き束１１ａ〜１８ａの光ファイバの長さと内径との組み合わせはそれぞれ（８ｍ、６０ｍｍ）、（７２ｍ、８０ｍｍ）、（１３６ｍ、１００ｍｍ）、（２００ｍ、１２０ｍｍ）、（２６４ｍ、１４０ｍｍ）、（３２８ｍ、１６０ｍｍ）、（３９２ｍ、１８０ｍｍ）、（４５６ｍ、２００ｍｍ）である。

このように、巻き束１１ａ〜１８ａの光ファイバの長さと内径とを設定することによって、巻き束１１ａ〜１８ａを同心円状にコンパクトに収納できる。また、このとき各巻き束１１ａ〜１８ａの断面の直径である高さは図５に示すように長さが短い光ファイバの方が低くなっている。これは、最も高密度でコンパクトに収納するための巻き束の内径を選択した結果であり、このように光ファイバの長さによって高さが変化するように巻き束の内径を選択することで、最も高密度でコンパクトな収納が可能となる。その結果、光ファイバ装置１００は、複数の光ファイバを高密度でコンパクトに収納した小型の装置となる。また、巻き束１１ａ〜１８ａのうち巻き束１５ａ〜１８ａに対応する番号「５−１」〜「８−１」の巻き束は、その断面の直径が７．６〜８．４ｍｍと差異が１０％以内でほぼ同一になっており、特に高密度に収納されている。

ここで、光ファイバの長さと巻き束の内径との設定は、以下のように行うことができる。図６は、光ファイバの長さと巻き束の内径との設定について説明する説明図である。以下では、図６に示すように、第１の巻き束Ｂの内径をＤ、巻き束の断面の直径をＤ_Ｂとして説明する。

はじめに、Ｄ_Ｂ[ｍｍ]は以下の式（１）〜（３）により計算できる。
Ｄ_Ｂ＝１０×（Ｄ_Ｃ ^２×ｎ×Ｐ^−１）^０．５ ・・・ （１）
Ｐ＞６０ ・・・ （２）
ｎ＝１０００×Ｌ／（πＤ） ・・・ （３）
ただし、Ｄ_Ｃ[ｍｍ]は光ファイバの被覆を含めた外径である。また、Ｌ[ｍ]は光ファイバの長さである。また、Ｐは巻き束の断面における光ファイバの断面の充填率パラメータであり、（光ファイバの断面積×巻き束の断面に含まれる光ファイバの本数）／（巻き束の断面積）×１００により定義される。なお、充填率パラメータは光ファイバの外径や加工条件によって異なるが、おおむね６０〜９５とすると光ファイバに応力がかからずかつ高密度な巻き束とすることができ、さらに好ましくは６５〜８０程度である。
また、光ファイバの外径はたとえば０．０６〜０．２５ｍｍである。

式（１）〜（３）によって計算される巻き束の断面の直径Ｄ_Ｂを用いると、巻き束Ｂの外径はＤ＋Ｄ_Ｂ×２で表される。したがって、この第１の巻き束Ｂの外周を囲むように配置する第２の巻き束の内径をＤ_２[ｍｍ]とすると、以下の式（４）をみたすようにＤ_２を設定すればよい。
Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２）＞０ ・・・ （４）

なお、上記実施の形態１の場合は、巻き束間に介挿される保持治具Ｈの板状保持部材Ｈ２の２枚分の厚さだけさらにＤ_２を大きく設定する必要がある。たとえば、板状保持部材Ｈ２の厚さを２ｍｍとすると、板状保持部材Ｈ２の総厚さは４ｍｍであるから、ｔ[ｍｍ]を４ｍｍとして、式（４）に加え、さらに以下の式（４ａ）をみたすようにＤ_２を設定すればよい。
Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２＋ｔ）＞０ ・・・ （４ａ）

さらに、この第２の巻き束の断面の直径がほぼＤ_Ｂと同じになるような長さの光ファイバで第２の巻き束を構成すれば、第１の巻き束Ｂと第２の巻き束との高さをほぼ均一にすることができる。また、第２の巻き束よりもさらに外側に配置する巻き束の内径についても、上記式（１）〜（４）、（４ａ）を用いて計算できる。

なお、本実施の形態１では、各複数の巻き束１０〜４０をそれぞれ載置板１０７〜１１０に載置して収納しているが、本発明これに限定されず、各複数の巻き束１０〜４０に用いられている保持治具を積層させるようにして収納してもよい。

また、本発明に係る収納方法によって収納される複数の光ファイバは、図５に示す実施の形態１の場合の組み合わせのものに限定されず、以下のようなものでもよい。図７〜９は、本発明に係る収納方法によって収納される複数の光ファイバの長さおよび巻き束の内径の別の例を示した図である。

図７に示す例では、実施の形態１の場合と同様に、収納すべき番号「１」〜「８」の光ファイバの長さが異なっている。ここで、光ファイバの被覆を含めた外径Ｄ_Ｃ[ｍｍ]は、０．２５ｍｍである。そして、長さが最も短い番号「１」の光ファイバの巻き束の内径を最も小さくし、番号「２」以降の光ファイバを式（１）〜（４）、（４ａ）を用いて計算した内径の巻き束として同心円状に配置することによって、複数の光ファイバをコンパクトに収納することができる。ここで図７に示す例では、充填率パラメータＰは６５とした。

図８に示す例においても、収納すべき番号「１」〜「８」の光ファイバの巻き束の内径は式（１）〜（４）、（４ａ）を用いて計算したものである。ここで充填率パラメータＰは６５とした。しかしながら、各光ファイバの長さは同一の１００ｍであって、各光ファイバはコア径が約９〜１０μｍである標準のシングルモード光ファイバよりも有効コア断面積が小さい高非線形光ファイバであり、かつ零分散波長が互いに異なる。ここで、光ファイバの被覆を含めた外径Ｄ_Ｃ[ｍｍ]は、０．２５ｍｍである。そして、番号「１」の光ファイバの零分散波長が最も短く、これ以降は順に零分散波長が長くなっている。また、各光ファイバは各零分散波長における非線形定数γおよび伝送損失が同一であるとする。その結果、各光ファイバは、各零分散波長において得られる非線形効果が同程度である。このような複数の光ファイバを高密度で収納した光ファイバ装置は、小型であるとともに、コネクタを差し替えるだけで、異なる零分散波長において同程度の非線形効果を得ることができる光ファイバ装置となる。なお、番号「１」〜「８」の光ファイバは、長さは同じであるものの、互いに零分散波長が異なるので、所定波長における光の伝播時間も異なる。従って、この光ファイバ装置においても、光パルス信号のタイミング調整を行うことができる。

図９に示す例においても、収納すべき番号「１」〜「８」の光ファイバの巻き束の内径は式（１）〜（３）、（３ａ）を用いて計算したものであり、且つ各光ファイバは零分散波長が異なる高非線形光ファイバであり、たとえば番号「１」の光ファイバから順に零分散波長が長くなっている。ここで充填率パラメータＰは９０とした。また、各光ファイバの零分散波長における非線形定数γおよび伝送損失が同一であるとする。しかしながら、図８に示す例とは異なり、光ファイバのクラッド径が０．０５ｍｍであり、外径が０．０８５ｍｍである。したがって、巻き束の最小の内径をより小さい１５ｍｍとしても、破断等が防止されるものとなる。その結果、各光ファイバを、より高密度でコンパクトに収納することができる。

本発明の実施の形態１に係る光ファイバ装置の外観を模式的に表した斜視図である。 筐体側面部側から見た光ファイバ装置の内部構成を模式的に表した側面図である。 筐体上面部側から見た光ファイバ装置の内部構成を模式的に表した平面図である。 図３におけるＸ−Ｘ線断面を模式的に表した断面図である。 図１に示す光ファイバ装置の内部に収納された各巻き束を構成する光ファイバの長さおよび巻き束の内径ならびに断面の直径を示した図である。 光ファイバの長さと巻き束の内径との設定について説明する説明図である。 本発明に係る収納方法によって収納される複数の光ファイバの長さおよび巻き束の内径ならびに断面の直径の別の例を示した図である。 本発明に係る収納方法によって収納される複数の光ファイバの長さおよび巻き束の内径の別の例を示した図である。 本発明に係る収納方法によって収納される複数の光ファイバの長さおよび巻き束の内径の別の例を示した図である。

符号の説明

１０〜４０ 複数の巻き束
１１ａ〜１８ａ、１１ｂ〜１８ｂ 巻き束
１００ 光ファイバ装置
１０１ 筐体正面部
１０２ 筐体上面部
１０３、１０６ 筐体側面部
１０４ 筐体裏面部
１０５ 筐体底面部
１０７〜１１０ 載置板
Ａ 接続アダプタ
Ｂ 巻き束
Ｃ 光コネクタ
Ｇ 溝
Ｈ 保持治具
Ｈ１、Ｈ２ 板状保持部材

Claims (8)

1. 複数の光ファイバを収納する光ファイバの収納方法であって、
   前記複数の光ファイバをそれぞれ巻き束ねて複数の巻き束とし、該複数の巻き束をほぼ同心円状に配置したものを複数形成し、かつ該複数の同心円状に配置した複数の巻き束を複数の層に積層して収容体内に配置し、
   前記同心円状に配置した複数の巻き束は、
   第１の光ファイバを巻き束ねた第１の巻き束を前記収納体内に配置し、前記第１の巻き束の外径よりも大きい内径で第２の光ファイバを巻き束ねた第２の巻き束を、前記第１の巻き束の外周を囲むように配置したものを含み、
   前記第１および第２の巻き束の断面の直径がほぼ同一になるように前記第１および第２の光ファイバの長さならびに前記第１および第２の巻き束の内径を設定し、
   前記第１の巻き束の内径をＤ[ｍｍ]、前記第１の巻き束の断面の直径をＤ_Ｂ[ｍｍ]、前記第１の光ファイバの被覆を含めた外径をＤ_Ｃ[ｍｍ]、前記第１の巻き束の断面における前記第１の光ファイバの断面の充填率パラメータをＰ、前記第１の光ファイバの長さをＬ [ｍ]としたとき、
   前記Ｄ_Ｂは、下記式（１）〜（３）をみたし、前記第２の巻き束の内径Ｄ_２[ｍｍ]が、下記式（４）をみたすことを特徴とする光ファイバの収納方法。
   Ｄ_Ｂ＝１０×（Ｄ_Ｃ ^２×ｎ×Ｐ^−１）^０．５ ・・・ （１）
   Ｐ＞６０ ・・・ （２）
   ｎ＝１０００×Ｌ／（πＤ） ・・・ （３）
   Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２）＞０ ・・・ （４）
2. 前記第１の巻き束と前記第２の巻き束との間に介挿される巻き束保持部材の前記各巻き束の巻き径方向における総厚さをｔ[ｍｍ]とすると、Ｄ_２は下記式（４ａ）をみたすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの収納方法。
   Ｄ_２−（Ｄ＋Ｄ_Ｂ×２＋ｔ）＞０ ・・・ （４ａ）
3. 前記第１の巻き束の断面と前記第２の巻き束の断面との直径の差異が１０％以内であり、前記充填率パラメータＰが６０〜９５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の収納方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法によって収納された複数の光ファイバを備えたことを特徴とする光ファイバ装置。
5. 前記複数の光ファイバの外径が０．０８５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ装置。
6. 前記複数の光ファイバは、所定波長における光の伝播時間が互いに異なることを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ装置。
7. 前記複数の光ファイバは、零分散波長が互いに異なり、前記零分散波長における非線形定数γおよび伝送損失が同一であり、当該光ファイバ装置は、複数の光パルス信号のタイミングを調整する装置であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ装置。
8. 前記複数の光ファイバは、長さが互いに異なることを特徴とする請求項６または７に記載の光ファイバ装置。

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