DE60314208T2

DE60314208T2 - Optische Faser mit Antireflexbeschichtung, und deren Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE60314208T2
Application number: DE60314208T
Authority: DE
Inventors: Takashi Takahashi; Masakazu Komine; Kazumi Kabushiki Kaisha Topcon Kokubo; You Kabushiki Kaisha Topcon Umeda
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-08-02
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2023-08-03
Also published as: DE60314208D1; EP1391760A2; EP1391760A3; EP1391760B1; JP2004070033A; US20050079285A1; US7201939B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsbeschichtung oder -schicht (auch als AR-Beschichtung bezeichnet) an der Endfläche einer optischen Faser und eine optische Faser, die gemäß diesem Verfahren hergestellt ist.
VERWANDTER STAND DER TECHNIK
Üblicherweise ist es bekannt, eine Antireflexionsbeschichtung oder -schicht auf einer optischen Linse, einer Linse für eine Brille, einer Platte für eine Darstellungsvorrichtung oder dergleichen durch ein Tauchverfahren (auch als Eintauchbeschichtungsverfahren oder Tauchbeschichtungsverfahren bezeichnet) zu bilden, wie dies z.B. in dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 60-68319 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 63-38905 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 1-312501 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 2-19801 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 7-294706 , dem japanischen Patent Veröffentlichungsnummer 7-119842 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 2001-305302 und dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 2002-107502 gezeigt ist.
Insbesondere wurde, wie im japanischen Patent Offenlegungsnummer 7-294706 gezeigt, ein in einem Lösemittel lösliches, transparentes Fluorharz (z.B. "CYTOP", hergestellt von der ASAHI GLASS CO., LTD) als Material für eine Fluorharzdünnschicht zum Bilden einer Antireflexionsschicht entwickelt und dieses wird in einem auf Fluor basierenden Lösemittel gelöst, gefolgt von einem Tauchbeschichten, wodurch eine dünne Schicht gebildet werden kann. Im Fall eines Tauchbeschichtens kann die gewünschte Schichtdicke durch Regeln der Konzentration der Fluorharzlösung und der Zuggeschwindigkeit erhalten werden.
Ferner ist auch die Technik des Aufbringens einer Antireflexionsschicht auf die Endfläche einer optischen Faser durch Unterziehen der Endfläche einer Sputter-Behandlung oder einer Vakuumverdampfung weithin bekannt, wie dieses zum Beispiel in dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 58-223639 , dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 7-157338 und dem japanischen Patent Veröffentlichungsnummer 6-85011 gezeigt ist.
Die WO 00/46622 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines in situ geformten optischen Elements am terminalen Ende einer optischen Faser. Das in situ geformte optische Element ist vorzugsweise ein anorganisch organisches Hybrid-Sol-Gel-Material, das am terminalen Ende der optischen Faser anhaftet und am Ort geformt wird, um ein optisches Element oder eine Oberfläche zu definieren. Das Formen wird hierbei durch Eindrücken des am terminalen Ende der optischen Faser anhaftenden Materials in eine Matrizenplatte erreicht.
Die WO 02/04534 betrifft eine Beschichtungszusammensetzung für Teile von optischen Vorrichtungen oder Teile von elektrischen Vorrichtungen und ein Beschichtungsverfahren unter dessen Verwendung. Diese Beschichtungszusammensetzung weist ein fluoriertes Lösemittel mit einem Erderwärmungspotenzial von weniger als 1000 und ein fluoriertes Polymer mit einer fluorierten cyclischen Struktur in der Hauptkette auf, das in dem fluorierten Lösemittel gelöst ist.
Die EP 0 260 742 betrifft eine optische monomode Übertragungsfaser, wobei ein Endabschnitt von dieser einen sich verjüngenden Kern und eine Umhüllung aufweist, wobei der Endabschnitt mit einer Linse versehen ist, die eine sphärische äußere Oberfläche aufweist. Eine transparente Schicht eines gehärteten synthetischen Materials, deren äußeres Profil auf die spezifischen Umstände, unter denen die Übertragungsfaser verwendet werden soll, angepasst ist, wird mittels einer Replica-Technik auf dem Linsensubstrat bereitgestellt.
Die EP 0 879 991 betrifft ein Beleuchtungssystem, das eine lineare Lichtquelle und ein Lichtleiterteil aufweist, wobei die Lichtquelle neben einer Seitenfläche des Lichtleiterteils angeordnet ist, wobei die obere Fläche und die untere Fläche des Lichtleiters im Wesentlichen parallel zueinander sind und wobei Schlitze aus einem unterschiedlichen Material oder Luft in spezifischen Intervallen in der oberen Fläche des Lichtleiterteils angeordnet sind.
M.S.W. Vorig und P.A. Sermon offenbaren ferner basenkatalysierte, auf Siliziumdioxid basierende Sols, die durch Rotationsbeschichten oder Tauchbeschichten aufgetragen werden, um hochporöse antireflektive Beschichtungen mit niedriger Dichte und hoher Oberfläche herzustellen. Die Adsorptions-Desorptionseigenschaften von diesen Oberflächen deuten an, dass diese reversibel auf die vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen und insbesondere auf die relative Luftfeuchtigkeit reagieren oder "atmen". (Thin Solid Films 293 (1997) 185–195).
Die Technik des Bildens einer Antireflexionsschicht an der Endfläche einer optischen Faser durch das zuvor beschriebene Tauchverfahren ist jedoch nicht bekannt und in dem Tauchverfahren, das in dem japanischen Patent Offenlegungsnummer 7-294706 offenbart ist, ist die konkrete Beziehung zwischen der Konzentration der Fluorharzlösung und der Zuggeschwindigkeit nicht beschrieben und das Ausführen dieses Verfahrens musste sich auf das Gefühl und die Erfahrung eines Fachmanns verlassen.
Ferner benötigt die Sputter-Behandlung oder das Vakuumverdampfen eine große schichtbildende Vorrichtung, was zu extrem hohen Herstellungskosten führt. Daher wird seit langem ein Verfahren, das in der Lage ist, eine Schicht bei niedrigen Kosten zu bilden und eine optische Faser gewünscht, die mittels dieses Verfahrens hergestellt wurde.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsschicht für eine optische Oberfläche der Endfläche einer optischen Faser, das es selbst einem Anfänger ermöglicht, auf einfache Weise eine Antireflexionsschicht bei niedrigen Kosten zu bilden und eine optische Faser bereitzustellen, die gemäß diesem Verfahren hergestellt ist.
Das Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsschicht gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das schichtbildende Material eine Fluor enthaltende Verbindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es das Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsschicht für eine optische Oberfläche der Endfläche einer optischen Faser selbst einem Anfänger auf einfache Weise eine Antireflexionsschicht mit niedrigen Kosten herzustellen. Ferner wird eine optische Faser bereitgestellt, die gemäß diesem Verfahren hergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei optischen Fasern mit einer an der Endfläche gebildeten Antireflexionsschicht und das Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsschicht für optische Fasern.
Die Endfläche der optischen Faser wird in eine Beschichtungslösung eingetaucht, die ein darin gelöstes, schichtbildendes Material aufweist, und die optische Faser wird dann, wie in Anspruch 1 beschrieben, aus der Beschichtungslösung herausgezogen.
Das schichtbildende Material ist vorzugsweise eine Fluor enthaltende Verbindung.
Wenn die optische Faser herausgezogen wird, ist die Endfläche der optischen Faser vorzugsweise in einem vorgeschriebenen Winkel gegenüber der Oberfläche der Beschichtungslösung geneigt, um präzise das gewünschte reflexionsvermindernde Wellenlängenband (oder die gewünschte Schichtdicke) und den Reflexionsgrad sicherzustellen, wobei eine Antireflexionsschicht gebildet wird.
Es ist bevorzugt, die Antireflexionsbeschichtung durch ein Tauchverfahren an der Endfläche des optischen Filters herzustellen. Insbesondere wird zumindest der Bereich der Endfläche der optischen Faser in ein Lösemittel eingetaucht, das darin gelöst ein schichtbildendes Material aufweist, und wird dann aus der Beschichtungslösung herausgezogen.
Die Winkelneigung zwischen der Oberfläche der Beschichtungslösung und der Endfläche der optischen Faser wird auf einen Winkel von 90° festgelegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Antireflexionsschicht mit der gewünschten Dicke und dem gewünschten Reflexionsgrad auf einfache Weise und mit niedrigen Kosten an der Endfläche der optischen Faser gebildet werden, da die Endfläche der optischen Faser in einem vorgeschriebenen Winkel gegenüber der Oberfläche der Beschichtungslösung geneigt und mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit herausgezogen werden kann. Die vorliegende Erfindung hat ferner die Wirkung, dass die Filmdicke, der Reflexionsgrad und dergleichen präzise geregelt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
1A, 1B und 1C verschiedene Winkelverhältnisse zwischen der Endfläche einer optischen Faser und der Oberfläche einer Beschichtungslösung zeigen, wobei 1A ein Winkelverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Antireflexionsschicht zeigt, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung an der Endfläche einer optischen Faser gebildet wurde;
3 die Veränderung des Reflexionsgrads der Antireflexionsbeschichtung zeigt, wenn die Zuggeschwindigkeit geändert wird; und
4 das Verhältnis zwischen der Beschichtungslösung und der Schichtdicke zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein typisches Beispiel einer optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Faser 1, die aus Quarz, Acryl oder dergleichen besteht. Eine solche optische Faser wird z.B. in Laserbehandlungsvorrichtungen, Vermessungsvorrichtungen, anderen Gruppierungen von Fasern, optischen Wellenleitern oder dergleichen verwendet.
Eine Endfläche 2 der optischen Faser 1 wird durch eine Zugvorrichtung (nicht dargestellt) für eine vorgeschriebene Zeit in eine Beschichtungslösung 3 in einem Behälter 5 eingetaucht, wie in 1A dargestellt, und dann schrittweise herausgezogen, wobei der Zustand, in dem diese in einem vorgeschriebenen Winkel von 90° (1A) gegenüber der Oberfläche 4 der Beschichtungslösung 3 geneigt ist, beibehalten wird. 1B und 1C, die eine Neigung von 45° und 10° zeigen, stellen Anordnungen dar, die nicht im Schutzbereich des Anspruchs liegen.
Demgemäß, wie in 2 dargestellt, kann die Schichtdicke der an der Endfläche der optischen Faser zu bildenden Antireflexionsschicht von einem dünnen Teil zu einem dicken Teil abgestuft sein.
Die Beschichtungslösung 3 ist vorzugsweise ein gemischtes Lösemittel aus 90 bis 99 % eines organischen Lösemittels mit einem Kochpunkt von 100°C, zu 1 bis 10 % der Stammlösung einer auf Fluor basierenden Verbindung, wie z.B. das durch die ASAHI GLASS CO. LTD. hergestellte lösliche Fluorharz (die ebenfalls einen Verdünner aufweist).
Die Konzentration, Zusammensetzung und dergleichen der Beschichtungslösung sind nicht auf das zuvor genannte Ausführungsbeispiel beschränkt und jegliche Konzentrationen und Zusammensetzungen können verwendet werden.
Als Stammlösung der Beschichtungslösung können zusätzlich zu CYTOP (Markenname, hergestellt durch die ASAHI GLASS CO. LTD.) Fluorharze verwendet werden, die durch die AUSIMONT K.K. und die DU PONT FLUOROCHEMICAL CO., LTD. hergestellt werden, d.h. ein wärmehärtender Typ von auf Fluor basierenden Verbindungen der Fluor enthaltenden Verbindungen.
Ferner kann auch ein durch Ultraviolettstrahlen härtendes Fluoracrylharz, ein durch Ultraviolettstrahlen härtendes Fluorepoxyharz, eine Sol-Gel-Fluorsilizium verbindung vom wärmehärtendem Typ und eine Fluor enthaltende Verbindung, bei der es sich um ein Sol-Gel-Material handelt, ebenfalls verwendet werden.
Ferner ist als ein Beispiel für die auf Silizium basierende Verbindung der Fluor enthaltenden Verbindungen ein Fluoralkylsilan ebenfalls verwendbar.
Beispiele für diese sind wie folgt:
CF₃CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₅CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂SiMe(OMe)₃,
CF₃CH₂CH₂SiCl₃,
CF₃CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₅CH₂CH₂SiCl₃,
CF₃(CF₂)₅CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂SiCl₃,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OMe)₃,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂SiMeCl₂,
CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂SiMe(OMe)₂,
Wenn die Endfläche 2 der optischen Faser 1 aus der Beschichtungslösung 3 herausgezogen wird, liegt eine geeignete Zuggeschwindigkeit bei etwa einigen mm/min bis 200 mm/min. Insbesondere wird die Antireflexionsschicht (AR-Beschichtung) vorzugsweise bei einer Zuggeschwindigkeit von 20,0 mm/min an der Endfläche 2 der optischen Faser 1 gebildet, um eine Schichtdicke von 0,1 μm zu erreichen. Ferner wird die Antireflexionsschicht vorzugsweise bei einer Zuggeschwindigkeit von 4,0 mm/min gebildet, um eine Schichtdicke vom 0,1 μm oder weniger zu erreichen.
In 3 ist die Veränderung des Reflexionsgrads der gebildeten Antireflexionsschicht gegenüber dem Wellenlängenband von Licht von 400 nm bis 800 nm, wenn die Zuggeschwindigkeit verändert wird, im Detail dargestellt. In diesem Experiment wird ein Monitorglassubstrat mit einem Brechungsindex von 1,50 der gleichen Qualität wie eine optische Quarzfaser verwendet.
Wie es aus 3 auch erkennbar ist, ändert sich das reflexionsvermindernde Wellenlängenband von einem Verhältnis, das den minimalen Reflexionsgrad (maximale Transmission) im Bereich von 760 nm zeigt, zu einem Verhältnis, das den minimalen Reflexionsgrad (maximale Transmission) im Bereich von 530 nm zeigt, wenn die Zuggeschwindigkeit von 20,0 mm/min auf 10,0 mm/min geändert wird.
Wenn die Zuggeschwindigkeit auf eine noch niedrigere Geschwindigkeit festgelegt wird, kann der Reflexionsgrad verändert werden, um den reflexionsvermindernden Wellenlängenbereich zu einem kurzen Wellenlängenband zu verändern.
So ist z.B. im Fall eines Quarzfaserbündels der Reflexionsgrad 7 % bei doppelter Reflexion, wenn keine Antireflexionsschicht (AR-Beschichtung) gebildet wird, dies kann aber auf den minimalen Reflexionsgrad bei doppelter Reflexion unterdrückt werden, wenn die Antireflexionsschicht (AR-Beschichtung) gebildet wird.
Für das Verhältnis zwischen der Beschichtungslösung und der Schichtdicke, wie in 4 dargestellt, gilt, wenn die Zuggeschwindigkeiten 20,0 mm/min und 60,0 mm/min betragen, dass je größer die Konzentration der Beschichtungslösung ist, desto größer die Schichtdicke wird und dass die beiden im Wesentlichen in einem proportionalen Verhältnis stehen.
Das reflexionsvermindernde Wellenlängenband kann auch durch Verändern der Konzentration der Beschichtungslösung geändert werden.
In dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen einer einschichtigen Antireflexionsschicht aus einer auf Fluor basierenden anorganischen Siliziumverbindung beschrieben, aber in dem Herstellungsverfahren für eine vielschichtigen Antireflexionsschicht mit Materialien mit hohem Brechungsindex, die zusammen laminiert sind, kann der Reflexionsgrad im Minimum auf 0 reduziert werden.
Das Ausführungsbeispiel, in dem die Antireflexionsschicht (AR-Beschichtung) an der Endfläche der optischen Faser durch physikalische Adsorption durch ein Eintauchverfahren gebildet wird, ist zuvor beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und das Verfahren kann zur Behandlung von einer Anzahl von optischen Fasern in großen Mengen angepasst werden.

Claims

Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsschicht an einer optischen Faser, das Folgendes aufweist, nämlich Eintauchen einer optischen Faser (1) in eine Beschichtungslösung (3) mit einem darin gelösten schichtbildenden Material; und Bilden einer Antireflexionsschicht an der Endfläche (2) der optischen Faser (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche (2) der optischen Faser (1) gegenüber der Oberfläche (4) der Beschichtungslösung (3) in einem Winkel von im Wesentlichen 90° geneigt ist, wenn die eingetauchte Faser (1) aus der Beschichtungslösung (3) herausgezogen wird.