JPH11119035A

JPH11119035A - 屈折率分布型プラスチック光ファイバ用プリフォームの製造方法

Info

Publication number: JPH11119035A
Application number: JP9280377A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakamura; 哲也中村
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-30
Also published as: US6054069A; CN1214454A; EP0909624A2; EP0909624A3

Abstract

(57)【要約】【課題】コア部に含まれる非重合性化合物の濃度を上
げることなく、コア部の中心部と周辺部との間の屈折率
差を大きくし、かつ伝送特性低下の原因となるクラッド
モードを取り除くことができる屈折率分布型プラスチッ
ク光ファイバ用プリフォームの製造方法を提供する。【解決手段】クラッドとなる重合体の円筒状容器の内
壁上に、コア部を形成する純ポリマーの屈折率よりも低
い屈折率を有するポリマー層を設け、該低屈折率層を有
する円筒状容器の中空部にコア部形成用モノマーを充填
し、該低屈折率層を溶解しながら該コア部形成用モノマ
ーを重合させてコア部を形成することにより、屈折率分
布型プラスチック光ファイバ用プリフォームを製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屈折率分布型プラ
スチック光ファイバ用プリフォームの製造方法に関し、
さらに詳しくは、コアの中心部での屈折率分布が平坦化
しない光ファイバを与える屈折率分布型プラスチック光
ファイバ用プリフォームの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率分布型プラスチック光ファイバ用
プリフォームの製造方法として、特開昭６１−１３０９
０４号公報は、それ自体がクラッドとなるポリマー円筒
管を作製し、その中でコア部となるモノマー溶液を重合
固化してプラスチック光ファイバ用プリフォームを製造
する方法を開示している。この方法の特徴は、コアの形
成に用いる溶液として、例えばメチルメタクリレート
（ＭＭＡ）モノマーを主成分とする場合、ＭＭＡモノマ
ーとＭＭＡモノマーより反応性比が低く屈折率がポリメ
チルメタクリレート（ＰＭＭＡ）より高いモノマーの混
合溶液を用いる点にある。従って、この方法では、反応
性比の高いＭＭＡの重合が重合体の円筒管の内壁から進
行するのに伴い、中心に向かって反応性比の低いモノマ
ーの共重合比が高くなり、屈折率分布が形成される。

【０００３】特開平５−１７３０２６号公報は、それ自
体がクラッドとなるポリマー円筒管を作製し、その中で
コア部となるモノマー溶液を重合固化してプラスチック
光ファイバ用プリフォームを製造する方法を開示してい
る。重合が中空管内表面から中心に向かって進行し、連
続的に変化する屈折率分布を形成する点は上記特開昭６
１−１３０９０４号公報の方法と同じであるが、屈折率
分布を形成するための第２成分として、第１成分モノマ
ーよりも分子サイズの大きい重合性化合物を用いる点に
特徴がある。重合が円筒管の内部壁面から進行するに従
い、分子サイズの大きい第２成分モノマーは中心に押し
出され、中心に向かって濃度が高くなり、屈折率分布が
形成される。

【０００４】ＷＯ９３／０８４８８も、重合体からなる
円筒状容器の内壁からモノマーの重合を進行させ、屈折
率分布を形成する方法を開示している。具体的には、円
筒状容器としてＰＭＭＡ管を用い、ＰＭＭＡ管の中空部
にコアを作製する。このＰＭＭＡ管は、ＭＭＡモノマー
溶液の入ったガラス管を回転させながら該モノマーを加
熱重合することで作製され、コアは、非重合性化合物を
含むＭＭＡモノマー溶液をＰＭＭＡ管に注入し、回転さ
せながら加熱重合することにより形成され、これにより
屈折率分布を有するプリフォームが作製できる。得られ
たプリフォームを加熱溶融により線引して、所定の径の
光ファイバを得る。

【０００５】ＷＯ９３／０８４８８に開示の方法は、そ
れ自体がクラッドとなる重合体管の内側に、屈折率が連
続的に変化するコアを作製する方法である点は上記２つ
の公開公報の方法と共通するが、コア中に屈折率分布を
形成するために、非重合性化合物を用いる点で異なって
いる。円筒重合体管にコアの原料であるモノマー溶液を
注入すると、該原料モノマーは、重合体管の内壁表面を
一部溶かす。重合はゲル効果により、粘度が高くなった
内壁表面から円筒の中心に向かって進行するので、中心
に向かうほど屈折率の大きい非重合性化合物の濃度が高
くなる。したがって、連続的な屈折率分布が形成され
る。ここで、クラッドとなる円筒管を形成する重合体
は、コアとなる重合体の一部または大部分と同一のモノ
マーから重合した重合体で、コアの原料であるモノマー
溶液に溶けることが条件である。

【０００６】ＷＯ９３／０８４８８に開示の方法が上記
２つの公開公報に記載の方法より優れている点は、最終
的に得られる光ファイバーの伝送損失が小さい点であ
る。上記２つの公開公報の方法では、コアをコポリマー
から形成する為、二成分の連鎖分布に応じてミクロ相分
離が発生し、伝送損失を大きくする。特に特開昭６１−
１３０９０４号公報に記載の方法では、反応性比の小さ
いモノマーがコアの中心に多く存在し、低反応性のゆえ
に未反応のまま残留してしまう。一方、ＷＯ９３／０８
４８８に開示の方法では、コアを形成するポリマーは非
重合性化合物を含んだ単独重合体であるので、連鎖分布
に起因するミクロ相分離は起こらず、従って伝送損失を
小さくすることができる。

【０００７】ＷＯ９３／０８４８８に開示の方法では、
コア部の中心部と周辺部との間の屈折率差（Δｎ）は、
コアポリマー中の非重合性化合物の濃度によって制限さ
れる。屈折率差を大きくするには、非重合性化合物の濃
度を上げればよい。しかしながら、液体である非重合性
化合物の濃度を高くすると、ポリマーのガラス転移点が
低下する。ガラス転移点が低下すると、すなわちポリマ
ーが可塑化されると、コア中の屈折率分布が、コアの中
心部で平坦化してしまい、屈折率分布がほとんどなくな
って、伝送帯域が低下する。

【０００８】例として、非重合性化合物（ジフェニルス
ルフィド）の濃度に依存したＰＭＭＡのガラス転移点の
変化を表１に示す。

【表１】

【０００９】ところで、プラスチック光ファイバは、コ
ア径が石英光ファイバに比べて大きいので、伝播するモ
ードが石英光ファイバよりも多い。クラッドモードやコ
ア／クラッド境界近傍で伝播するモードは、伝播帯域を
狭くするなど、特性を不安定化する要因となるので、こ
れらモードを取り除くのが望ましい。クラッドモードを
減少するために、クラッドを薄くしようとすると、上記
の従来技術ではプリフォーム製造時に使用するポリマー
製円筒状容器の壁厚を薄くしなければならず、プリフォ
ームの製造が困難になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、コア部に含
まれる非重合性化合物の濃度を上げることなく、コア部
の中心部と周辺部との間の屈折率差を大きくし、かつ伝
送特性を低下させるクラッドモードを取り除くことがで
きる屈折率分布型プラスチック光ファイバ用プリフォー
ムの製造方法を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、クラッドとなる重合体の円筒状容器の内
壁上に、コア部を形成する純ポリマーの屈折率よりも低
い屈折率を有するポリマー層を設け、該低屈折率層を有
する円筒状容器の中空部にコア部形成用モノマーを充填
し、該低屈折率層を溶解しながら該コア部形成用モノマ
ーを重合させてコア部を形成することを含んでなる屈折
率分布型プラスチック光ファイバ用プリフォームの製造
方法を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、最初に、
円筒状のクラッド部を用意する。このクラッド部の形成
方法は特に限定されないが、通常は、モノマーを円筒状
重合容器に入れ、該重合容器を水平に保持して回転しな
がら、モノマーを重合させて形成する。重合容器は、通
常ガラス製であるが、他の材料、例えば金属から作られ
ていてもよい。重合容器のサイズは、製造するプリフォ
ームの大きさに合わせて適宜選択すればよい。円筒状ク
ラッド部は、円柱状に形成したクラッド用重合体の塊を
くりぬいて製造することもできる。また、重合体を押出
成形して円筒状に製造することもできる。

【００１３】クラッド部を形成するポリマーとしては、
従来からプラスチック光ファイバに用いられている無色
で透明度の高いプラスチックを用いることができる。こ
のようなプラスチックを与えるモノマーとしては、以下
のようなメタクリル酸エステル、スチレン系化合物、フ
ッ素化アクリル酸エステル、フッ素化メタクリル酸エス
テル等を例示することができる: (a)メタクリル酸エステルおよびアクリル酸エステルメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル
酸イソプロピル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル
酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸シク
ロヘキシル、メタクリル酸ジフェニルメチル等；アクリ
ル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｔ−ブチ
ル、アクリル酸フェニル等； (b)スチレン系化合物スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロ
モスチレン、ジクロロスチレン、ジブロモスチレン等; (c)フッ素化アクリル酸エステル２,２,２−トリフルオロエチルアクリレート等; (d)フッ素化メタクリル酸エチル１,１,２−トリフルオロエチルメタクリレート等。

【００１４】このようなモノマーに、重合開始剤及び所
望の添加剤（たとえば、連鎖移動剤）を加え、適当量を
重合容器に入れる。重合容器をモータで回転しながら、
加熱装置により加熱して重合容器の内壁上でモノマーを
重合させて、クラッド部を形成する。クラッド部の屈折
率を調節する為に、コア部に添加するような屈折率の高
い非重合性化合物を添加してもよい。モノマーの量は、
重合容器の大きさとクラッド部の厚さから決定すればよ
い。また、過剰量のモノマーを入れ、所望の厚さのクラ
ッド部が形成された時点で重合を止め、不要なモノマー
を重合容器から排出してもよい。

【００１５】次ぎに、クラッドとなる重合体の円筒状容
器の内壁上に、コア部を形成する純ポリマーの屈折率よ
りも低い屈折率を有する層を設ける。この低屈折率層
は、例えば、屈折率の低い非重合性化合物を含んでい
る、コア部を形成するのと同じポリマー；コア部のポリ
マーよりも低い屈折率を有するポリマー；またはコア部
のポリマーを構成するモノマーと、コア部のポリマーよ
りも低い屈折率のポリマーを与えるモノマーとのコポリ
マーから形成することができる。具体的には、必要なモ
ノマーおよび／または屈折率の低い非重合性化合物を、
クラッドとなる重合体の円筒状容器に入れ、容器を回転
させながらモノマーを重合させればよい。所定の厚みの
低屈折率層が形成された時点で、重合を停止し、未反応
のモノマー等を容器から取り出す。

【００１６】屈折率の低い非重合体化合物は、ポリマー
の種類に応じて選択され、その化学構造や分子量などは
特に限定されない。例えば、ＰＭＭＡの場合、セバシン
酸ジブチルなどの二塩基酸エステル、ステアリン酸エチ
ルなどの脂肪酸エステルが挙げられる。屈折率の低い非
重合体化合物もポリマーのガラス転移点を低下させるの
で、著しいガラス転移点が低下しない濃度に調節する。
具体的な濃度は、意図する屈折率分布及び／又は屈折率
差に応じて決定すればよい。コア部のポリマーよりも低
い屈折率のポリマーまたはコポリマーを与えるモノマー
も、コア部のポリマーの種類に応じて、適宜選択され
る。

【００１７】低屈折率層を形成するポリマーまたはコポ
リマーは、コア部を形成する際に、コア部用ポリマーを
形成するモノマーに溶解しなければならない。従って、
このようなポリマーまたはコポリマーとして、コア部を
形成するモノマーおよびポリマーと溶解度パラメータが
同程度で、相溶性があるものを用いるのが好ましい。

【００１８】最後に、コア部を形成する。コア部を形成
するポリマーの原料となる溶液は、モノマー、通常クラ
ッド部を形成するのに用いたのと同じモノマーに、屈折
率の高い非重合性化合物を混合して調節する。このよう
な非重合性化合物としては、室温またはそれ以上の温度
において液体であり、コアに用いる重合体と相溶性があ
り、沸点が高く、無色透明の化合物を用いる。そのよう
な化合物として、以下の化合物が例示できる：安息香酸
ベンジルなどの安息香酸エステル、セバシン酸ジブチル
などのセバシン酸エステルやその他アルキル二塩基酸エ
ステル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチルなどの
フタル酸エステル、ブロモベンゼンなどのハロゲン化化
合物、ジフェニルスルフィドのような硫黄化合物があ
る。

【００１９】コア部を形成するには、上記のようなモノ
マーと非重合性化合物の混合物に、重合開始剤や連鎖移
動剤などを加え、クラッド部と低屈折率層を形成した重
合容器に入れ、重合容器を回転させながら、加熱して、
重合させる。所定厚さのコア部が形成され、未反応モノ
マーが１０％以下、好ましくは５％以下になった時点で
重合を終了する。このコア部の形成の際、低屈折率層が
コアとなるモノマー溶液に溶解される為、コア部の外周
付近の屈折率が低下し、コア部の中心部と外周部との間
の屈折率差が大きくなる。

【００２０】本発明によれば、低屈折率層をクラッド部
の内側に予め形成しておき、これを溶解しながらコア部
を形成するので、コア部の中心部と外周部との間の屈折
率差を大きくすることができ、更に、クラッドの屈折率
を高くできるので、クラッドモードを取り除くことがで
きる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
する。実施例１ＭＭＡモノマーに、開始剤として過酸化ベンゾイル０．
１重量％、及び連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタ
ン０．２重量％を配合した溶液を、内径２０mmの円筒状
重合容器に封入し、水平に保持した状態で重合容器を２
０００rpmで回転させながら８０℃で２０時間加熱重合
して、クラッド層を形成した。クラッド層の厚さは、
３．０mmであった。なお、ＰＭＭＡの屈折率は１．４９
２である。

【００２２】重合容器内部の中空部に、過酸化ベンゾイ
ル０．１重量％、ｎ−ブチルメルカプタン０．２重量
％、及びセバシン酸ジブチル（屈折率：１．４３６）７
重量％を配合したＭＭＡモノマーを注入し、上記クラッ
ド層形成時と同じ重合条件で重合して、低屈折率層を形
成した。低屈折率層の厚さは、１．８mmであった。

【００２３】次いで、過酸化ベンゾイル０．１重量％、
ｎ−ブチルメルカプタン０．２重量％、及びジフェニル
スルフィド１０重量％を配合したＭＭＡモノマーを、容
器中空部に注入し、封管後、水平に保持した状態で５rp
mで回転させながら９０℃で２０時間加熱重合した。コ
ア部のガラス転移点は６３℃であった。

【００２４】重合後、プリフォームを直径７５０μmの
ファイバに線引きし、５ｍから１ｍカットするカットバ
ック法により伝送損失を測定しところ、伝送損失は、波
長６５０nmにおいて、１６２ｄＢ／ｋｍであった。

【００２５】シェアリング干渉顕微鏡によりファイバの
屈折率分布を測定したところ、図１に示すような分布で
あった。コア部の中心部と外周部との間の屈折率差は、
０．０２８であった。

【００２６】比較例１ＭＭＡモノマーに、開始剤として過酸化ベンゾイル０．
１重量％、及び連鎖移動剤としてｎ−ブチルメルカプタ
ン０．２重量％を配合した溶液を、内径２０mmの円筒状
重合容器に封入し、水平に保持した状態で重合容器を２
０００rpmで回転させながら８０℃で２０時間加熱重合
して、クラッド層を形成した。クラッド層の厚さは、４
mmであった。

【００２７】次いで、過酸化ベンゾイル０．１重量％、
ｎ−ブチルメルカプタン０．２重量％、及びジフェニル
スルフィド１７重量％を配合したＭＭＡモノマーを、容
器中空部に注入し、封管後、水平に保持した状態で５rp
mで回転させながら９０℃で２０時間加熱重合した。コ
ア部のガラス転移点は６２℃であった。

【００２８】重合後、プリフォームを直径７５０μmの
ファイバに線引きし、５ｍから１ｍカットするカットバ
ック法により伝送損失を測定しところ、伝送損失は、波
長６５０nmにおいて、１６１ｄＢ／ｋｍであった。

【００２９】シェアリング干渉顕微鏡によりファイバの
屈折率分布を測定したところ、図２に示すような分布で
あった。コア部の中心部と外周部との間の屈折率差は、
０．０２５であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られたプリフォームから製造し
た光ファイバの屈折率分布。

【図２】比較例１で得られたプリフォームから製造し
た光ファイバの屈折率分布。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クラッドとなる重合体の円筒状容器の内
壁上に、コア部を形成する純ポリマーの屈折率よりも低
い屈折率を有するポリマー層を設け、該低屈折率層を有
する円筒状容器の中空部にコア部形成用モノマーを充填
し、該低屈折率層を溶解しながら該コア部形成用モノマ
ーを重合させてコア部を形成することを含んでなる屈折
率分布型プラスチック光ファイバ用プリフォームの製造
方法。
【請求項２】クラッドとなる円筒状容器は、モノマー
を円筒状重合容器に入れ、該重合容器を水平に保持して
回転しながら、モノマーを重合させて製造したものであ
る請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】該低屈折率層は、屈折率の低い非重合性
化合物を含む、該コア部を形成するのと同じポリマーか
ら形成する請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】該低屈折率層は、該コア部のポリマーよ
りも低い屈折率を有するポリマーから形成する請求項１
に記載の製造方法。
【請求項５】該低屈折率層は、該コア部のポリマーを
構成するモノマーと、該コア部のポリマーよりも低い屈
折率のポリマーを与えるモノマーとのコポリマーから形
成する請求項１に記載の製造方法。