JPS63106705A - 合成樹脂光伝送体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は屈折率分布を形成した光集束性の光ファイバ、
光導波路、あるいは、屈折率分布型レンズ等の合成樹脂
光伝送体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、良加工性や取り扱い易さの点からガラスの他に合
成樹脂より成る光伝送体が種々開発されており１例えば
、医療機器、デスプレイ装置、光°表示装置の分野のみ
ならず、光通信機器の分野まで用途が広がっている。こ
れらの伝送体には比較的高い屈折率をもつコア部分と比
較的低い屈折率のクラッド層よりなるステップインデッ
クス形のものと周辺部から中心軸に向って連続的に屈折
率が増大する屈折率分布をもつグレーティドインデック
ス形の二種類があり、最近１合成樹脂において後者の構
造をもつ伝送体が開発されるようになってきた。

これまでに提案された合成樹脂光伝送体の製造方法には
合成樹脂の半ゲル化した材料に屈折率の異なる単量体を
内部拡散させて重合させる方法（光学、第１０巻第２号
（１９８１年）第１０５頁から第１１０頁）、屈折率の
異なる二種類の単量体を混合して予備重合させ１表面よ
り未重合単量体を選択的に揮発させた後、再び１重合を
行って屈折率を変化させる方法、特開昭５０−１５１１
６４号公報）屈折率の異なる二種以上の透明な重合体混
合物より成る合成樹脂体から特定成分を溶剤によって抽
出させる方法、（特開昭４７−２８０５９号公報）単量
体の共重合反応性比の違いを利用して光重合によって濃
度分布を形成する方法、（光学、１２巻第６号（１９８
３）第４７０頁から第４７５頁）または、合成樹脂体中
の高屈折率金属イオンを脱着させ。

金属イオンの濃度分布を形成する方法（特開昭５１−４
２５４５号公報）などがある。

【発明が解決しようとする問題点〕 しかし、これらの製造方法による光伝送体は屈折率分布
を形成するために特別な単量体の組成を用いているため
、耐熱性、耐溶剤性の点については考慮がされておらず
、長期信頼性の点で問題があった。さらに、光伝送体は
受動的であり、何らかの機能を付与することは困難であ
る。

本発明の目的は耐熱性、耐溶剤性ならびに新機能性付与
の可能性をもつ屈折率分布型の集束性光ファイバ、先導
波路、あるいは、屈折率分布型レンズ等の合成樹脂光伝
送体の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、耐熱性、耐溶剤性ならびに新機能を付与で
きる可能性のある材料としである特殊な金属を含む透明
合成樹脂に着目し、この樹脂に屈折率分布を形成できる
方法を鋭意研究を重ねた結果、屈折率がＮｉの重合体Ｐ
Ｉを生成する、少なくとも一種類が有機カルボン酸金属
塩からなる単量体Ｍｚを一部重合させて、透明なゲル状
のロンド。

または、基板を形成した後、外部から透明ゲルの屈折率
Ｎｌよりも低い屈折率Ｎ２を与える重合体Ｐ１を生成す
る一種または二種以上の金属イオンとイオンまたは、配
位結合しうる単量体Ｍｚを内部へ拡散させて濃度勾配を
連続的に形成し、単量体Ｎ！およびＮ２の重合を完結さ
せることにより達成される。

〔作用〕

本発明において、少なくとも一種類が有機カルボン酸金
属塩からなる単量体Ｍ１とは少なくとも一般式（１）で
表わされる構造式を含有する透明な単量体であって、 ｘ 暑 （式中Ｒ１は水素原子又はメチル基、Ｍは金属元素、ｎ
はは金属の原子価、Ｒｚは炭素数４以上の基を表わす）
Ｒｚにベンゼン環やフッソ素以外のハロゲンを含む基を
導入すれば高屈折率の透明な単量体を得ることができる
。また、Ｒｔに一部不飽軸結合を導入すれば、イオン架
橋による網状重合体を形成できるため、従来の多官能性
単量体による網状重合体と同様に透明なゲル状基板を容
易に形成することができる。この場合、両者の単量体を
用いてイオン、共有結合両者の架橋による網状重合体も
形成できる。さらに、この単量体を重合して得る合成樹
脂は高分子側鎖にかさ高い分子がイオン結合し、ている
ため、樹脂の結晶化を押えることができ、特開昭５１−
４２５４５号公報に記載されているエチレン−メタクリ
ル酸共重合体と金属イオンからなるアイオノマを利用し
た場合と比べると光学透明性が大幅に向上する。この例
には特開昭６０−１８１１０７号公報の含金属透明単量
体などがある。

この単量体Ｍ１は目的とする光伝送体の種類に応じて繊
維状、棒状、板状に既知の方法によってゲル状に成形す
る０例えば、光ファイバの場合、テフロンまたはポリエ
チレンなどの化学的に不活性なチューブに単量体Ｍ１を
注入し、予備重合しチューブから連続的に押し出す、単
量体Ｍｚの予備重合は１重合体が流動性を失った透明な
ゲルとなったところで、すなわち、重合不完全の状態で
中止されるような条件を選択する。

次に、これらのゲル状ロンド、または、基板を透明ゲル
の屈折率Ｎｌより低い屈折率Ｎ２を与える重合体Ｐ２を
生成する一種または二種以上の金属イオンとイオン結合
、または、配位結合しうる単量体Ｍ２を内部へ拡散、浸
透させる。この場合、ゲル状物を液状の単量Ｍ２に含浸
する方法や単量体Ｍ２を気化させて蒸気の形で内部へ拡
散、浸透させる方法のどちらも用いることができる。

本発明において、単量体Ｍ２は具体的には水酸基、エポ
キシ基またはオルボキシ基の中から選ばれる少なくとも
一種類の基及び不飽和結合をもつ低屈折率の単量体であ
る。これらの例としてはヒドロキアルキルメタクリレー
ト、ヒドロキシアルキルアクリレート、グリシジルアク
リレート、グリシジジルメタクリレート、アクリル酸、
メタクリル酸などがある。これらは一種類または二種類
以上併用して用いることができる。なお、単量体Ｍ２と
してメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、フッ
素化メタクリル酸エステル、フッ素化アクリル酸エステ
ル、酢酸ビニルなどの通常の低屈折率単量体を用いた場
合は、拡散、浸透後、樹脂が若干不透明になる。従来、
含金属単量体からなるゲル状物は通常の単量体と相溶性
が良くない、さらに、これらの単量体は金属イオンとの
相互作用が弱いため、重合を完結した後、含金属のゲル
状物と含浸用の単量体がそれぞれ独立に重合するため、
屈折率の違いから若干、白濁が生じ透明性が劣る。その
ため、単量体Ｍ２としては金属イオンと相互作用に強い
単量体が必要不可欠である。ただし、屈折率を調節する
ために、必要であればこれらの単量体にフッ素化メタク
リル酸エステル等の通常の単量体を混合して用いること
は可能である。

単量Ｍｚの拡散がゲル状物の中心軸迄到達した時点、ま
たは、その後、しばらく時間が経過した時をもって浸漬
、または、拡散操作を停止し、このゲル状物を単量体Ｍ
ｚが外部へ揮散しないような操作を行い、単量体Ｍ２と
ともに重合を完結させる。単量体Ｍ２を外部へ揮散させ
ない方法には、拡散操作を処理後、例えば、ゲル状物を
プラスチックフィルムまたは、板で包むかまたは、単量
体Ｍｚの浸漬、または、蒸気下のもとでそのまま重合を
完結させる方法がある０本発明における単量体Ｍ２．は
、一般に１重合速度が速いものが多いため、揮散防止に
は特に都合がよい。

以上のような本発明の製造方法によって、各種の形状及
び性能をもつ合成樹脂光伝送体を得ることがわかった。

これらの合成樹脂光伝送体は分子中に金属イオン及び金
属イオンと強く相互作用する分子をもつため耐熱性や耐
溶剤性に優れている。耐湿性に関しては１通常の合成樹
脂よりもやや劣ることが考えられるが１本発明の樹脂は
水酸基、カルボキシル基、エポキシ基が金属イオンと強
くイオン、または、配位結合しており、さらに分子中に
疎水性基であるベンゼン環を含むものを製造することが
できるため、大きな影響を受けない、また、耐湿性に優
れる他の合成樹脂板、または、膜で表面を保護すること
も可能である。

次に、これらの具体例のいくつかを図面を用いて説明す
る。

第２図は、中心軸から周辺部に向かって連続的に屈折率
が低下している繊維状光伝送体の例であり、伝送体１の
端面より入射した光２は内部を全反射することなしに、
連続的に自己集束しながら進行する。

第１図は、平面内に作成された光導波路の例で合成樹脂
の断面図で示した。合金屑透明単量体から形成されたゲ
ル状基板３に金属、または、有機の薄膜などからなるマ
スクを作成した（ａ）後、低屈折率単量体５Ｍｇに浸漬
し、拡散、浸透する。

その後、ゲル状基状及び単量体Ｍ２の重合を完結させ、
光導波路６を製造する。

第３＠は中心軸から週辺部に向かって連続的に屈折率が
低下している屈折率分布型レンズの例である。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例および図により説明する。

〈実施例１〉 アクリル酸０．１２１８モル、ケイ皮酸０．０６５６モ
ルをベンゼンＬｏｏｍΩに溶解し、水酸化バリウム１水
和塩（Ｂａ　（ＯＨ）ｚ・ＨｚＯ）０．０４２３モルを
室温中で除々に反応させた。この組成物が５０重量部（
以下部と略す）となるように、ビニルトルエン２５部、
グリシジルメタクリレート２５部を加えた後、反応複生
物である水とベンゼンを減圧留去して含金属透明単量体
を得た。この単量体１００部にシミリスチルパーオキシ
ジカーボネート０．２部を溶解し、内径１ｍ、長さ１ｍ
のテフロンチューブに注入し、６０℃１．５時間硬化し
た後、繊維状の透明なゲル重合体を取り出した。その後
、このゲル重合体を０．２部のシミリスチルパーオキシ
ジカーボネートを含むグリシジルメタクリレート７５部
、２ヒドロキシ工チルメタクリレート２５部の溶液に浸
漬し、室温で二時間放置してから、ゲル重合体をとり出
し、両端を固定して含浸用単量体の蒸気雰囲気中で７０
ｍ四時間、その後。

窒素雰囲気中で８０ｍ五時間加熱硬化した。

得られた繊維状の重合体の断面を１ｍの厚さに切り出し
て、干渉顕微鏡（カールツアイス社製インターフアユ）
で最大屈折率差を測定したところ、０．０２１であった
。また、端面を中心軸に垂直な平面となるように研磨し
、繊維の一端より光を入射させると、光は棒状内部を全
反射することなしに、自己集束的に進行することが確か
められた。この繊維の光損失を測定したところ、Ｈｓ　
−Ｎ　ｅレーザ光で０．８ｄＢ／ｍであった。この繊維
を１２０℃−千時間放置して、再び光損失を測定すると
、０．９ｄＢ／ｋｍとなり、その変化は小さかった。

以上のことにより、この繊維は第２図のような構造をも
つ光伝送体として使用できることが確かめられた。

〈実施例２〉 実施例１で得られた含金属透明単量体１００部にシミリ
スチルパーオキシジカーボネート０．２部を溶解し、シ
リコーン離型したガラス板に注入して、６０℃一時間放
置して４０Ｘ２０Ｘ２ｎｎの透明ゲル基板を作製した６
次に、このゲル基板の両面に幅ｌ１１１１、長さ４０■
、厚さ０．１ｍｍの金属膜を二本マスクとして密着させ
、０．３部のシミリスチルパーオキシジカーボネートを
含むグリシジルメタクリレート４０部、アクリル酸１０
部。

トリフロロエチルメタクリレート５０部の溶液に浸漬し
、室温で四時間放置してから、透明基板をとり出し、厚
さ２２ｍのポリジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネートの板と、さらに、その外側に厚さ２ｍのガラス板
を介してバネ式クリップで圧着固定した。そして、この
基板を７０ｍ三　・時間、８０ｍ三時間で加熱硬化した
後、ガラス板をとりはずしてサンドウィッチ構造の先導
波路を得た。

得られた透明な板７の断面を１ｍ＋の厚さに切削、研磨
し、干渉顕微鏡によって屈折分布状態を調べた。二本の
導波路部分は中心軸が最も屈折率が高く、周辺に向かっ
て連続的に低くなっていた。最大屈折率差は０．０３６
であった。また、透明な板の端面を研磨し、一端より光
を入射させると、光はマスクでおおわれていた部分を全
反射することなしに屈曲しながら進行することが確かめ
られた。

以上のことにより、この透明な板は第２図に示すような
光導波路部分を形成しているのがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、耐熱性、耐溶剤性ならびに新機能性付
与の可能性をもつ屈折率分布型の集束性光ファイバ、光
導波路、あるいは、屈折率分布型レンズ等の合成樹脂光
伝送体の製造方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の平面内部に屈折率の異な
る光導波路部分をもつ光伝送体の説明図、第２図は、中
心軸から周辺に向かって連続的に屈折率を低下した繊維
状光伝送体の特性図、第３図は、中心軸から周辺に向か
って連続的に屈折率の低下した屈折率分布型レンズを各
々示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）屈折率がＮｉの重合体Ｐ＿１を生成する少な
   くとも一種類が有機カルボン酸金属塩からなる単量体Ｍ
   ＿１を一部重合させて、透明なゲル状のロッドまたは基
   板を形成する工程。 （ｂ）前記透明ゲル状のロッドまたは基板の表面から前
   記透明ゲルの屈折率Ｎｉより低い屈折率Ｎ＿２を与える
   重合体Ｐ＿２を生成する一種または二種以上の金属イオ
   ンとイオンまたま配位結合しうる単量体Ｍ＿２を内部へ
   拡散、浸透させ濃度勾配を連続的に形成させる工程。 （ｃ）前記単量体Ｍ＿１および前記単量体Ｍ＿２の重合
   を完結させる工程からなることを特徴とする合成樹脂光
   伝送体の製造方法。 ２、前記単量体Ｍ＿２が水酸基のエポキシ基またはカル
   ボキシル基の中から選ばれる少なくとも一種類の基及び
   不飽和結合をもつ単量体であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の合成樹脂光伝送体の製造方法。