CN100458476C - 塑料光纤预制棒和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过在管状内包层(19)的中空部分中注入的纤芯材料的聚合来形成纤芯(33)，其中所述管状内包层(19)形成在外包层(18)内。内纤芯材料包括具有内包层(19)的结构单元的第一纤芯单体、不同于所述第一纤芯单体的第二纤芯单体、和不可聚合的折射率控制剂。在所述第一纤芯单体和所述第二纤芯单体共聚合的同时，纤芯(33)中的折射率控制剂浓度逐渐变化，从而在纤芯(33)中产生折射率分布。所述第二纤芯单体的第二结构单元可以提高纤芯(33)的耐热性，并防止在所述内包层(19)和所述纤芯(33)之间的界面附近出现微观相分离。

Description

塑料光纤预制棒和其制造方法
技术领域
本发明涉及一种塑料光纤用的塑料光纤预制棒和制造这种塑料光纤预制棒的方法。
背景技术
与玻璃材料相比，作为光学传输介质的塑料具有易成型、轻重量、低制造成本、优异柔韧性和高耐冲击性的优点。例如，作为光学传输介质的塑料光纤(POF)不适于在长距离内传输光信号，因为传输损耗比玻璃光纤大，但塑料光纤的上述特性可以将纤芯直径增大几百微米或更大。因此，不需要将光纤与用于连接光纤的光学器件精确连接。这样，塑料光纤具有由于直径大而易于连接、易于进行光纤末端加工、不需要纤芯精确对准的优点。此外，由于塑料的特性，塑料光纤具有连接器成本低、刺入人体时危险性低、易于构造、高的耐振动性和低价格的优点。因此，计划不仅将塑料光纤用于家用和车载应用，而且用于短距离、高容量电缆，如高速数据处理装置的内部配线和数字视频界面(DVI)连接。
塑料光纤(下面称作“POF”)由纤芯部分和包层部分构成。纤芯部分在包层部分内部形成，并且比包层部分的折射率高。作为具有优异透射率的光纤，有渐变折射率型POF，其中纤芯部分的折射率从中央到纤芯部分和包层部分之间的界面逐渐改变。通过形成光纤母材(预制棒)并对预制棒进行熔融拉丝来制造渐变折射率型POF。
在制造预制棒时，将纤芯部分用的可聚合化合物注入套管中，并将包括可聚合化合物的套管置于管状容器中。在旋转管状容器的同时，通过聚合可聚合化合物形成纤芯部分。在聚合期间，可聚合化合物从包层部分侧向纤芯部分的中央聚合。此外，折射率控制剂的量在纤芯部分的径向改变，因此纤芯部分的折射率在纤芯部分的径向逐渐改变。然后，使按此方式制造的预制棒进行熔融拉丝过程，从而制造渐变折射率型POF，这些公开在国际公布WO 93/08488中。
根据上述文献中所述的制造方法，当在预制棒的径向分布的折射率控制剂是可聚合化合物时，在纤芯部分和包层部分之间的界面附近的聚合物倾向于具有微观相分离结构。特别地，当通过溶胀包层部分的内壁形成纤芯部分时，界面附近的区域具有包层部分和纤芯部分的混合聚合物。其结果是，界面附近的聚合物在熔融拉丝过程之后表现出留在POF中的微观相分离结构。在具有微观相分离结构的区域中，光信号在聚合物间界面散射，从而传输损耗增加。
存在各种折射率控制剂，并且考虑到易于形成纤芯部分和实现折射率分布，优选使用不可聚合的低分子量化合物。然而，低分子量化合物作为折射率控制剂降低了纤芯部分的耐热性。
本发明的一个目的是提供一种制造塑料光纤预制棒的方法，该方法可防止微观相分离结构并保持包括折射率控制剂的纤芯部分的耐热性。
本发明的另一个目的是提供一种通过上述制造方法制造的具有优异光学透射率和耐热性的塑料光纤。
发明内容
为实现上述目的，塑料光纤预制棒包括具有由包括第一结构单元U1的第一聚合物形成的内壁的圆管状第一元件，和在第一元件中形成并且折射率比第一元件大的第二元件。第二元件包括第一结构单元U1和不同于第一结构单元U1的第二结构单元U2的共聚物，第二元件的折射率从第一元件的内壁向第二元件的中央逐渐增大。
通过下述方法制造塑料光纤：在第一元件的中空部分中注入第一可聚合化合物、第二可聚合化合物和不可聚合的折射率控制剂，并且聚合第一可聚合化合物和第二可聚合化合物，使得从第一元件的内壁向第二元件的中央形成第一可聚合化合物和第二可聚合化合物的共聚物。
在优选的实施方案中，第二结构单元U2的均聚物比第一聚合物的玻璃化转变温度高。第二结构单元U2的均聚物和第一聚合物的折射率差为0～0.1，第一元件和第二元件的折射率差为0.001或更大。第一聚合物可以是均聚物。第二聚合物中的第二结构单元U2的重量百分比可以是1-20重量％。
第二元件可以包括多个第二聚合物层。接触第一元件的第二元件的第一层中的第二结构单元U2的重量百分比是1-20重量％，在第n层(n：大于1的自然数)中的第二结构单元U2的重量百分比比第(n-1)层中的所述第二结构单元U2的重量百分比大1-20重量％。
根据本发明，由于预制棒中的第二聚合物含有第一结构单元和第二结构单元的共聚物，所以可以降低所制造的预制棒中的微观相分离结构，并提高包括折射率控制剂的纤芯的耐热性。
附图说明
图1是制造塑料光纤的流程图；
图2是预制棒的剖视图；
图3是表示在图2中的预制棒的径向上折射率分布的图；
图4是在图2中的预制棒的径向上折射率控制剂的浓度图；
图5是在图2中的预制棒的径向第二结构单元的浓度图；
图6是塑料光纤的剖视图；
图7是表示在图6中的塑料光纤的径向上折射率分布的图；
图8是在图6中的塑料光纤的径向上折射率控制剂的浓度图；
图9是在图6中的塑料光纤的径向第二结构单元的浓度图；
图10是在聚合预制棒的内包层时聚合容器的剖视图；
图11是旋转聚合装置的示意图；
图12是旋转聚合装置的部分剖视图；
图13是在聚合预制棒的纤芯时聚合容器的剖视图；以及
图14是根据另一个实施方案的预制棒的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施方案，但这些实施方案不是限制本发明。图1是制造塑料光缆的流程图。以下大致描述制造过程，各过程后面将详细说明。在外套管制造过程11中，形成管状外包层18。外包层18相应于预制棒21的外壳。
在外包层18中形成纤芯33和内包层19。内包层19形成在外包层18内，纤芯33形成在内包层19内。在第一注入过程中，将内包层用的可聚合化合物(内包层单体)注入管状外包层18中。然后，在内包层形成过程15中，内包层单体聚合形成管状内包层19，其中在中央生成中空部分。在吸收可聚合化合物的聚合物熔融和溶胀的同时，通过作为本体聚合的界面凝胶聚合进行聚合来形成内包层19，在这种情况下，在聚合过程之前形成的聚合物随聚合过程的进行而熔融。因此，当通过界面凝胶聚合形成纤芯33时，内包层19倾向于纤芯33一体化，这样内包层19变得难以识别。
在第二注入过程17中，将纤芯用的可聚合化合物(纤芯单体)注入内包层19中，然后在纤芯聚合过程20中形成纤芯33。因此，得到预制棒21。内包层19和纤芯33用的可聚合化合物分别称作内包层单体和纤芯单体，但是内包层19用的和纤芯33用的这些化合物包括单体、二聚体、三聚体和用于形成后面所述的各种聚合物的其他可聚合化合物。
在拉丝过程22中，通过对预制棒21进行拉丝来制造塑料光纤(POF)25。在拉丝过程22中，加热圆柱状预制棒21，并在纵向拉丝。应注意到，预制棒21用作光学传输介质。在涂覆过程26中，用涂覆材料涂覆POF 25。尽管通常用第一涂层然后用第二涂层涂覆POF25，但是在POF 25周围可以形成两个以上的涂层。涂覆过程26后的POF 25称作塑料光纤束(strand)或塑料光纤编码(code)。在此实施方案中，塑料光缆27包括单纤维光缆和多纤维光缆。单纤维光缆包括单光纤束(必要时被涂覆)。多纤维光缆包括用涂层涂覆并用张紧件结成一束的多根光纤束。
下面结合附图说明预制棒21的细节。图2是预制棒21的例子的剖视图。图3的图表示预制棒21在径向的折射率分布。图4的图是在径向上折射率控制剂的浓度。图5的图是在预制棒21的径向特定结构单元的浓度。应该注意到，本发明不限于这些图所示的特性。
参照图2，预制棒21包括包层12和纤芯33，包层12包括外包层18和形成在外包层18中的内包层19。外包层18和内包层19呈在纵向具有均匀厚度的管形状。外包层18和内包层19的外径和内径在纵向均匀。尽管在图2中在预制棒21的中央示出了空洞34，空洞34的存在，空洞34的大小和预制棒21的直径之间的关系取决于预制棒21的制造条件。
包层12的折射率与纤芯33的折射率不同。在图3中，横轴代表距预制棒21中央的距离，纵轴代表折射率。随着图中的线向上，折射率增大。在图4中，横轴代表距预制棒21中央的距离，纵轴代表折射率控制剂的浓度。随着图中的线向上，折射率控制剂增加。折射率控制剂的最低值为0。在图3和图4的横轴中，范围(A)相应于外包层18，范围(B)相应于内包层19，范围(C)相应于纤芯33，范围(D)相应于空洞34。在范围(D)中，折射率和浓度没有值或为0。
如图3所示，外包层18的折射率比内包层19的小，内包层19的折射率基本上与纤芯33的折射率最小值相同。优选地，内包层19的折射率比纤芯33的折射率最小值小0.001或更大。纤芯33的折射率从纤芯33的外表面向预制棒21的中央(或向空洞34)逐渐增大。为在纤芯33中提供这种折射率分布，在纤芯单体中加入折射率控制剂，并通过下述的旋转凝胶聚合法形成纤芯33。
在图4的图中表明，在预制棒21的径向上折射率控制剂浓度从外包层18向空洞34增大。具体而言，折射率控制剂没有包括在外包层18和内包层19中，并且在纤芯33中的浓度逐渐向空洞34增大。在内包层19中和纤芯33中提供折射率分布的折射率控制剂的这种分布可通过旋转凝胶聚合产生。
预制棒21和POF 25中的折射率分布系数是下式中的值g：
      n(r)＝n1{1-(r/R)g×Δ}1/2(r≤R)    (1)
      n(r)＝n1(1-Δ)(r＞R)               (2)
其中“R”是预制棒21或POF 25的纤芯33的外径，“r”是距预制棒21或POF 25的截面中心的距离，“n1”是径向折射率的最大值，“n2”是折射率的最小值，Δ是值(n1-n2)/n1。
在此实施方案中预制棒21和POF 25的折射率分布系数是0.5～4.0，更优选1.5～3.0，最优选2.0。如果折射率分布系数大于4.0，那么由于光信号的高模式成分较大的延迟，而使信号脉冲大大失真，因此难于实现100m的约1G比特/秒的高速光传输。另一方面，由于高模式成分比低模式成分传输的快，所以0.5或更小的折射率分布系数使信号脉冲的失真增大，因此高速传输变难。在此实施方案中，通过调节在形成纤芯33时加入的折射率控制剂的量，纤芯聚合过程的反应速度等来控制折射率分布系数。
下面说明包层12和纤芯33的材料。外包层18由低折射率的聚合物形成，在此实施方案中通过使用市售熔融挤出机熔融挤出聚偏二氟乙烯(PVDF)来形成外包层18。可以通过旋转聚合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或后面所述的其他材料来形成外包层18。
考虑到外包层18和纤芯33中至少一个的折射率和亲和性来选择内包层19的材料。在此实施方案中，内包层19是其中第一结构单元U1重复的均聚物(第一聚合物)。在此实施方案中，纤芯33是具有第一结构单元U1和第二结构单元U2的共聚物(第二聚合物)。应该注意到，结构单元代表化学结构单元，最小结构单元是形成均聚物的重复单元。换句话说，如图5所示，在外包层18和内包层19中，第二结构单元U2的浓度是0。在纤芯33中，第二结构单元U2与第一结构单元U1的重量比是1％～20％。因此，在第二聚合物中第二结构单元U2的重量比与在第一聚合物中的相差1％～20％。
在此实施方案中，内包层19的第一聚合物是从后面将说明的单体形成的PMMA。纤芯33中的第二聚合物是MMA和甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)的共聚物，其中PIBMA对PMMA的重量比是1％～20％。为提高传输性能，纤芯33中的PMMA可以用氘代的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-d)来代替，其中用氘原子取代氢原子。
尽管在图2中的预制棒21在内包层19和纤芯33之间具有明显边界，但在实际形成的预制棒21中，没有明显确定的边界，这由于通过以下形成方法由上述聚合物形成内包层19和纤芯33。
结合附图说明通过对预制棒21进行熔融拉丝得到POF 25(参见图1)的细节。图6中示出通过预制棒21进行熔融拉丝得到的POF 25(参见图1)的剖视图。图7中的图表明在径向上POF 25的折射率分布。图7中的图是在径向上折射率控制剂浓度。图8中的图是在POF25的径向特定结构单元的浓度。如图6所示，POF 25包括包层110和纤芯133，包层110包括外包层112和内包层113。空洞34(参见图2)在POF 25中消失，这是因为在纵向对预制棒21进行加热和进行拉丝。
图7～9中的横轴和纵轴分别与图3～5中的相同。在图7～9的横轴中，范围(E)相应于外包层112，范围(F)相应于内包层113，范围(G)相应于纤芯133。参照图7，外包层112中的折射率比内包层113的小，纤芯133的折射率比内包层113的大。纤芯133的折射率逐渐随着距POF 25中心的距离减小而增大。POF 25的折射率分布系数基本上与预制棒21的相同。已经说明了预制棒21的折射率分布。
如图8所示，纤芯133中折射率控制剂的浓度向POF 25的中心增大。外包层112和内包层113不含有折射率控制剂。在POF 25的折射率控制剂浓度中的这种分布取决于预制棒21的折射率控制剂浓度的分布，并导致预制棒21的折射率分布。
如图9所示，在外包层112和内包层113中，在POF 25中的第二结构单元U2的浓度是0，纤芯133包括第二结构单元U2。POF 25的浓度基本上与预制棒21的相同，所以内包层113的主要成分是第一结构单元U1。纤芯133的主要成分是第二结构单元U2，在纤芯133中，第二结构单元U2与第一结构单元U1的重量比是1％～20％。因此，在第二聚合物中第二结构单元U2的重量比与在第一聚合物中的相差1％～20％。
下面结合附图说明预制棒21的制造方法。图10表明聚合容器的剖视图。在图11中，示意性示出旋转聚合装置。在图12中，示出聚合容器。图10～12所示的聚合装置是本发明的实施方案，并且没有限制本发明的范围。
在形成外包层18内的内包层19时，用由不被纤芯33的可聚合化合物所溶解的材料形成的塞子37密封外包层18的一端。塞子37的材料例子是聚四氟乙烯(PTFE)。塞子37不含有流出增塑剂的化合物。在密封外包层18的一端之后，将包括外纤芯单体的外纤芯材料32a注入外包层18的中空区域中。用塞子37密封外包层18的另一端，然后在旋转外包层18的同时，通过聚合内包层单体，形成内包层19(参见图2)。在聚合内包层单体时，外包层18保持在聚合容器38中，该聚合容器包括圆柱状容器本体38a和密封容器本体38a两端的一对盖子38b。容器本体38a和盖子38b由SUS制成。如图10所示，聚合容器38的内径略大于外包层18的外径，外包层18的旋转与聚合容器38的旋转同步。为确保外包层18与聚合容器38一起旋转，在聚合容器38的内壁可以设置支撑件。
在内包层聚合过程15中(参见图1)，上述聚合容器38置于旋转聚合装置41中。参照图11，旋转聚合装置41包括多个旋转件43，驱动部46和温度调节装置47。驱动部46和温度调节装置47置于外壳42的外侧。温度调节装置47测量外壳42中的温度，并基于测量的温度控制外壳中的温度。
圆柱状旋转件43平行布置，使得聚合容器38被两个相邻旋转件43所支撑。旋转件43的一端被外壳42的内壁旋转地支撑，并独立地被驱动部46所驱动。驱动部46具有控制器(图未示)，用于控制驱动部46的操作。在聚合时，如图12所示，聚合容器38保持在相邻旋转件43表面之间的空间中，并随旋转件43绕旋转轴43a的旋转而旋转。旋转聚合容器38的方法不限于在此实施方案中所述的表面驱动型。
参照图10和图12，由于在盖子38b中设置的磁铁38c和在相邻旋转件43下方设置的磁铁45，在旋转过程中聚合容器38保持向上运动。此外，在聚合容器38上方可以设置上旋转件，并且上旋转件可以与旋转件43一起旋转，以防止聚合容器38向上运动。也可以在聚合容器38上方提供固定装置，以向聚合容器38施加一定重量，但固定聚合容器38的方法不限制本发明的范围。
接下来，说明内包层形成过程。下面将说明包括内包层单体的内包层材料19a。纤芯33和外包层18间的内包层19影响纤芯单体的聚合。在通过过滤和蒸馏除去聚合防止剂、水分、杂质等后优选使用内包层材料19a。在混合内包层单体和聚合引发剂之后，优选对混合物进行超声波处理，除去溶解的气体和挥发性成分。在需要时，就在第一注入过程13之前或之后，可以使用已知的减压装置使外包层18和内包层材料19a减压。
然后，含有外包层18的聚合容器38置于旋转聚合装置41中，使得聚合容器38的纵轴基本上保持水平。在旋转聚合容器38的同时，通过聚合内包层材料19a形成内包层19。按此方式，通过旋转聚合形成内包层19，其中在绕圆柱轴旋转管状外包层18的同时聚合内包层材料19a。在旋转聚合之前，可以对内包层材料19a进行初步聚合，其中外包层18基本上保持垂直。在初步聚合时，在需要时，可以设置旋转机构使外包层18绕圆柱轴旋转。旋转聚合过程可以在外包层18的整个内表面上形成内包层，因为外包层18的纵轴保持水平。在形成内包层19时，优选的是外包层18的纵轴保持水平，以在外包层18的整个内表面上形成内包层，外包层18的纵轴可以大致保持水平。外包层18的纵轴对地面的容许角度为约5°。
外纤芯材料19a包括外纤芯单体、聚合引发剂(反应引发剂)。外纤芯单体的例子是自由基可聚合化合物和阴离子可聚合化合物。根据内包层单体的类型，可以用催化剂代替聚合引发剂。内包层材料可以含有链转移剂(分子量控制剂)。
内包层单体是具有第一结构单元U1的可聚合化合物，在此实施方案中，内包层单体是发生自由基聚合和阴离子聚合反应的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或氘代甲基丙烯酸甲酯(MMA-d)。内包层材料可以是PMMA和MMA-d之外的自由基可聚合化合物和阴离子可聚合化合物。下面将说明优选的内包层单体的例子。
形成内包层的聚合引发剂和催化剂的量占内包层单体的0.001摩尔％～5.0摩尔％，更优选0.01摩尔％～0.1摩尔％。
在此实施方案中，聚合引发剂是2，4-二甲基戊腈(V-65)，但聚合引发剂不限于此。可以根据所用内包层单体的种类选择聚合引发剂和催化剂。优选低温度/中温度的市售型聚合引发剂。低温度/中温度的聚合引发剂的10小时半衰期温度为40～90℃。高温聚合引发剂用的适合反应温度为约90～130℃，所以低温度/中温度的聚合引发剂可以在低温50～80℃下进行反应。此外，通过在一定时间内控制转化率和控制聚合速度，可以缩短内包层19的形成时间。因此，这种聚合引发剂可以防止外包层18因低反应温度和短反应时间而劣化。形成内包层19的聚合引发剂和催化剂的例子将在形成纤芯33的聚合引发剂和催化剂的说明中列出。
链转移剂的量占内包层单体的0.05摩尔％～0.8摩尔％，优选0.05摩尔％～0.4摩尔％。
根据内包层单体的种类选择加入的链转移剂。链转移剂的例子将在纤芯聚合过程中的链转移剂的说明中列出。
制造外包层18和内包层19的方法不限于上述实施方案，任何已知的方法都可用于制造外包层18和内包层19。例如，可以通过同时挤出形成外包层18和内包层19。可选择地，将内包层单体注入具有一定内径的玻璃管的中空部分中，除去玻璃管得到内包层19。管状外包层18与内包层19的外壁固定，或者外包层18可以形成在内包层19上。
从旋转聚合装置35中取出具有内包层19的外包层18之后，然后使用加热机如温度调节装置在预定温度下对外包层18进行加热处理。
通过聚合形成纤芯。参照图13，表明在形成内包层19时所用的聚合容器38，将含有内纤芯单体的纤芯材料33a注入内包层19的中空部分中。然后，用塞子37密封包层12的两边缘，包层12置于聚合容器38中，使得包层12的纵轴保持水平。在包层12绕其圆柱轴旋转的同时，纤芯单体聚合形成纤芯33。
在需要时，就在注入纤芯材料33a之前或/和之后，可以使用已知的减压装置使包层12和内纤芯单体进行减压处理。
使用用于形成内包层19的旋转聚合装置41(参见图11)聚合纤芯单体。在聚合纤芯单体时，旋转含有包层12的聚合容器38，使得包层12的圆柱轴保持水平。
当纤芯单体开始聚合时，纤芯单体溶胀内包层19的内壁，在聚合的初期阶段形成溶胀层。这种溶胀层加速纤芯单体的聚合(凝胶效果)。在此实施方案中，注入管体中的可聚合化合物与旋转的管体反应，形成溶胀层，从而聚合可聚合化合物。这种聚合方法称作旋转凝胶聚合过程。纤芯单体的聚合从内包层19的内壁向包层12的截面中心进行。在聚合时，具有较小分子体积的化合物倾向于移向溶胀层，具有相对较大分子体积的掺杂剂倾向于从溶胀层侧移向包层的中心。其结果是，具有高折射率的掺杂剂其浓度在纤芯中心增大，预制棒21具有其中折射率从内包层侧向纤芯33中心增大的折射率分布。
由于通过产生溶胀层形成预制棒21，在内包层19和纤芯33之间预制棒21没有明显的边界。图2中的截面表明了内包层19和纤芯33的边界，边界的明确度随内包层19与纤芯33的亲和性、生成溶胀层的制造条件等而变化。如在此实施方案中所述，当内包层19的和纤芯33的聚合物具有共同成分时，内包层19与纤芯33的亲和性高。因此，不能看到内包层19和纤芯33之间的边界，边界附近的区域中密度波动变小。因此，边界附近的区域具有优异透明性，这样通过对预制棒21进行拉丝得到的POF 25具有优异的透射率。
为评价纤芯33用的和内包层19用的可聚合化合物的转化率，预先进行实验，得到目视评价和使用气相色谱定量评价残余单体之间的关系。然后，基于上述关系通过目视评价得到可聚合化合物的转化率。可以使用任何测量转化率的公知方法。
优选的是控制反应速度。例如，优选调节反应速度，使得小时转化率是5-90％，更优选10-85％，最优选20-80％。通过调节聚合引发剂的种类、聚合温度等来控制反应速度。
优选调节反应速度，使得在预定聚合温度下，在聚合引发剂半衰期的1-3倍时间内，可聚合化合物的转化率为99-100％。优选的是在从聚合开始2小时后通过加热处理使转化率为99-100％。
在此实施方案中，聚合纤芯单体和内包层单体与纤芯单体的反应被认为是本体聚合。此外，聚合内包层单体和外包层与内包层的反应是本体聚合。本体聚合可以降低纤芯33中的气泡量。
旋转凝胶聚合中的反应温度优选等于或小于所用可聚合化合物的沸点。在MMA或MMA-d作为可聚合化合物的情况下，反应温度优选为30-100℃，更优选40-80℃。反应时间优选为0.5-20小时，更优选1.5-3.0小时。聚合容器38的旋转速度优选为500-4000rpm，更优选1500-3500rpm。
下面说明纤芯材料。纤芯材料含有第一纤芯单体、第二纤芯单体、聚合引发剂(反应引发剂)和折射率控制剂(掺杂剂)。作为纤芯单体，可以使用自由基聚合化合物和阴离子可聚合化合物。可以用催化剂代替聚合引发剂。需要时，可以将链转移剂(分子量控制剂)加到纤芯材料中。
第一纤芯单体具有第一结构单元U1，第二纤芯单体具有不同于第一结构单元U1的第二结构单元U2。第二结构单元U2的均聚物其玻璃化转变温度比作为第一结构单元U1的均聚物的第一聚合物更高。第一纤芯单体的聚合物可以具有与内包层19相同的结构。纤芯33是作为第一纤芯单体和第二纤芯单体的共聚物的第二聚合物。在此实施方案中，第一纤芯单体是与内包层单体相同的MMA或MMA-d。第二纤芯单体是甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)。
第一纤芯单体对内包层19具有高亲和性，从而第一纤芯单体易于溶解在内包层19中，提高了内包层19对纤芯单体的溶解性。因此，通过形成溶胀层来聚合纤芯单体可以在第二聚合物和作为内包层19的第一聚合物之间没有表现出微观相分离。因此，与从常规预制棒形成的光纤相比，通过从根据此实施方案的预制棒形成的POF的光信号散射较弱。此外，第一纤芯单体和第二纤芯单体的共聚物的优点在于，即使将掺杂剂加到预制棒21中，POF也具有高耐热性。
第二纤芯单体的均聚物的折射率与内包层19的折射率相差0～0.1。内包层19和纤芯33之间的折射率差为0.001或更大。因此，在内包层19和纤芯33之间具有这种折射率关系的POF 25作为光传输通路表现出优异性能。选择具有这种折射率的第二纤芯单体可以降低溶胀层中的光散射。
第二纤芯单体与总纤芯单体的重量比优选为1-20％。在这种情况下，纤芯中第二结构单元U2的重量比比不含有第二结构单元U2的内包层19的高1-20重量％。包括占纤芯单体1-20重量％的第二纤芯单体可以提高纤芯33的耐热性，减小微观相分离，并降低纤芯33和内包层19间的折射率差。
形成纤芯的聚合引发剂或催化剂的量占纤芯单体的0.001～5.0重量％，更优选0.010～0.10重量％.
在此实施方案中，聚合引发剂是2，4-二甲基戊腈(V-65)，但聚合引发剂不限于此。可以根据所用纤芯单体的种类选择聚合引发剂和催化剂。优选低温度/中温度的市售型聚合引发剂。高温聚合引发剂用的适合反应温度是约80～110℃，所以低温度/中温度的聚合引发剂可以在低温40～80℃下进行反应。此外，通过在一定时间内控制转化率和控制聚合速度，可以缩短纤芯33的形成时间。因此，这种聚合引发剂可以防止外包层因低反应温度和短反应时间而劣化。形成纤芯的聚合引发剂和催化剂的例子将在形成内包层的聚合引发剂和催化剂的说明中列出。
为缩短反应时间，在40℃～90℃下半衰期2小时或更短的自由基聚合引发剂是有效的。
链转移剂的量占纤芯单体的0.05摩尔％～0.8摩尔％，优选0.15摩尔％～0.4摩尔％。
根据纤芯单体的种类选择加入的链转移剂。链转移剂的例子将在内包层聚合过程中的链转移剂的说明中列出。
掺杂剂的量优选占纤芯单体的0.01重量％～25重量％，更优选1重量％～20重量％。因此，纤芯33的折射率分布系数在上述优选范围内。
在上述实施方案中，用于改变纤芯径向折射率的掺杂剂是作为不可聚合的低分子量化合物的二苯基硫，其具有高折射率和大分子体积。可选择地，可以使用一种以上的纤芯单体产生纤芯33的折射率分布。在这种情况下，纤芯单体具有可共聚的第一化合物和第二化合物。第二化合物比第一化合物具有更大的折射率。通过第一化合物间的反应以及第一化合物和第二化合物之间的反应的差异，第一化合物和第二化合物聚合形成折射率分布。
在此实施方案中，在上述条件下聚合纤芯后，对预制棒21进行加热处理以聚合。聚合完成后，以预定冷却速度冷却预制棒21。
按此方式，可以制造具有塑料包层12和塑料纤芯33的预制棒作为圆柱状光学传输介质。然后对预制棒21进行拉丝过程22。
在拉丝过程22中，例如可以使用JP-A No.07-234322中所述的方法。通过拉丝过程22，制造出直径200μm～1000μm的POF。
预制棒用的和POF用的包层和纤芯材料是具有高光学透明性的有机材料。包层用的材料是折射率比纤芯的和包层的更小的聚合物，使得光信号在纤芯和包层之间界面的处完全反射。此外，包层材料优选是没有光学各向异性的聚合物。纤芯和包层优选是具有优异彼此相适应性、优异韧性、耐湿性和耐热性的聚合物。下面说明纤芯用、内包层用和外包层用的优选材料。
为确保外包层18和内包层19之间具有足够的折射率差，外包层材料优选是含氟聚合物。外包层材料的例子是聚偏二氟乙烯(PVDF)和(甲基)丙烯酸酯树脂氟化物。内包层材料的例子是国际专利公开WO 93/08488中的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氘代甲基丙烯酸甲酯(MMA-d)、甲基丙烯酸三氟乙酯(3FMA)和甲基丙烯酸苄酯(BzMA)。纤芯材料优选是内包层用的化学结构单元和其均聚物的玻璃化转变温度比内包层的高的可聚合化合物的共聚物。纤芯材料的例子是甲基丙烯酸异丙酯(IPMA)、甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)、甲基丙烯酸降冰片酯(norbonylmethacrylate)(NBMA)和甲基丙烯酸三环癸酯(TCDMA)。在MMA作为纤芯单体主要成分的情况下，例如，甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)优选用作副成分。
产生自由基的聚合引发剂的实例是过氧化物，例如过氧化苯甲酰(BPO)、过-2-乙基己酸叔丁酯(PBO)、过氧化二叔丁基(PBD)、叔丁基过氧异丙基碳酸酯(PBI)或4，4-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯(PHV)等。聚合引发剂的其他例子是偶氮化合物，例如2，2’-偶氮二异丁基腈、2，2’-偶氮二(2-甲基丁腈)、1，1’-偶氮二(环己烷-1-腈)、2，2’-偶氮二(2-甲基丙烷)、2，2’-偶氮二(2-甲基丁烷)、2，2’-偶氮二(2-甲基戊烷)、2，2’-偶氮二(2，3-二甲基丁烷)、2，2’-偶氮二(2-甲基己烷)、2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊烷)、2，2’-偶氮二(2，3，3-三甲基丁烷)、2，2’-偶氮二(2，4，4-三甲基戊烷)、3，3’-偶氮二(3-甲基戊烷)、3，3’-偶氮二(3-甲基己烷)、3，3’-偶氮二(3，4-二甲基戊烷)、3，3’-偶氮二(3-乙基戊烷)、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸)二甲酯、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸)二乙酯、2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸)二叔丁酯等。应注意，聚合引发剂不限于上述物质。可以组合使用多于一种的聚合引发剂。
为保持整个聚合物的机械性能和热性能，优选的是使用链转移剂来控制聚合度。可以根据可聚合单体种类来选择链转移剂的种类和量。不同单体的链转移剂的链转移常数例如可以参见“PolymerHandbook，3rd edition”，(J.BRANDRUP & E.H.IMMERGUT编著，JOHN WILEY&SON出版)。此外，也可以按照“Experiment Methodof Polymers”(Takayuki Ohtsu和Masayoshi Kinoshita编著，Kagakudojin出版，1972)中公开的方法通过实验计算获得链转移系数。
链转移剂的优选实例是烷基硫醇类[例如正丁基硫醇、正戊基硫醇、正辛基硫醇、正月桂基硫醇、叔十二烷基硫醇等]；和苯硫酚类[例如苯硫酚、间溴苯硫酚、对溴苯硫酚、间甲苯硫酚或对甲苯硫酚等]。在烷基硫醇类中特别优选使用正辛基硫醇、正月桂基硫醇或叔十二烷基硫醇。此外，在链转移剂中，C-H键的氢原子可以被氟原子(F)或氘原子(D)取代。应注意，链转移剂不限于上述物质。可以组合使用多于一种的链转移剂。
与其他型POF相比，具有优异传输性能的GI型POF可以进行宽带光学传输。因此，GI型POF优选用于高性能通信目的。通过在纤芯聚合物中组合多种聚合单元，通过共聚多种聚合单元，或通过加入掺杂剂，可以在纤芯中产生折射率分布。
掺杂剂是具有与内包层19不同折射率的化合物。掺杂剂和内包层19之间的折射率差优选为0.005或更大。与不包括掺杂剂的聚合物相比，掺杂剂增大了聚合物的折射率。与从日本专利公开No.3332922和日本专利未审查公开No.5-173026中所述的单体制备的聚合物相比，掺杂剂的特征在于，溶解参数的差为7(cal/cm3)1/2或更小，折射率差为0.001或更大。具有这种特征的任何材料可以用作掺杂剂，只要这种材料能够与聚合物稳定存在，并且这种材料在上述可聚合单体的聚合条件(如温度和压力条件)下稳定。
掺杂剂的sp值(溶解度参数)优选为11或更小，掺杂剂的logP优选为4.0或更小。尽管有各种方法可用来测量作为溶解度指标的sp值，但本实施方案使用Fedors方法(参见“Polymer Engineering andScience”，卷14，页147-)。根据该方法，sp值是7-11，更优选8-11。根据该方法，PMMA的sp值是9.9。logP值是化合物具有亲水性或疏水性的指标。在此实施方案中，使用MaclogP version 4.0(Macintoshversion of ClogP，BioByte Corp.制造)测量logP值。logP值优选为1-4，更优选2-3。根据该方法，PMMA二聚体的logP值为2.63。为在高温和高湿气氛中保持传输损耗，纤芯聚合物和掺杂剂之间的logP值的差优选尽可能小。
此实施方案表明在纤芯中形成折射率分布的方法，通过混合掺杂剂与纤芯用的可聚合化合物，通过根据界面凝胶聚合方法控制聚合方向，和通过在形成纤芯的过程中提供作为掺杂剂的折射率控制剂的密度梯度。可选择地，在形成预制棒后折射率控制剂可以扩散。下文中，具有折射率分布的纤芯将称作“渐变折射率纤芯”。这种渐变折射率纤芯用于具有宽范围传输带的渐变折射率型塑料光学元件中。
掺杂剂是不与纤芯单体和纤芯聚合的化合物。换句话说，掺杂剂可以是低聚物(二聚体或三聚体)，只要掺杂剂不与纤芯单体聚合。即使化合物的单体可与纤芯单体或纤芯聚合，这种化合物的低聚物也可用作掺杂剂，只要这种低聚物不与纤芯单体或纤芯聚合。
掺杂剂的例子是苯甲酸苄酯(BEN)；二苯基硫(DPS)；磷酸三苯酯(TPP)；邻苯二甲酸苄基正丁基酯(BBP)；邻苯二甲酸二苯基酯(DPP)；联苯(DP)；二苯基甲烷(DPM)；磷酸三甲苯基酯(TCP)；二苯基亚砜(DPSO)。其中，BEN、DPS、TPP、DPSO是优选的。通过调节掺杂剂在纤芯中的密度和分布，可以控制POF的折射率。
在纤芯和包层中可以含有其他添加剂，只要透射率性能没有下降。例如，添加剂可用于增加耐候性和耐久性。此外，可以加入引起发射功能的化合物以放大光信号。当将这种化合物加到单体中时，通过激励光来放大光信号，从而增大传输距离。因此，含有这种添加剂的光学元件可以用作光纤放大器。通过聚合添加剂与单体，这些添加剂可以含在纤芯和/或包层中。
POF通常涂覆有至少一层保护层，用于提高耐弯曲性和耐候性，通过吸湿防止性能下降，提高抗张强度，提供耐冲压性，提供阻燃性，防止受化学药品损伤，防止外部光的噪声，增大着色值等。
本发明也适用于具有多层的纤芯。参照图14表明根据另一个实施方案的预制棒61的截面，预制棒61包括包层210和纤芯233。包层210包括外包层212和内包层213。纤芯233具有多层，其中第一层(IC1)、第二层(IC2)…第(n-1)层(IC(n-1))和第n层(ICn)从内包层侧向预制棒61的中心依序排列。应注意，“n”是2或更大的自然数，根据上述实施方案的预制棒21相应于条件n＝2下的预制棒61。
根据上述实施方案预制棒21相同的方法，在外包层212内部形成预制棒61的内包层213。通过依序形成第一层(IC1)、第二层(IC2)…第(n-1)层(IC(n-1))和第n层(ICn)，在内包层213内形成纤芯233。首先，将第一层用的纤芯单体注入内包层213的中空部分中，在旋转聚合装置41(参见图11)中旋转含有内包层213的聚合容器38的同时，通过施加能量聚合纤芯单体。当第一层用的纤芯单体的转化率为约80％时，将第二层用的纤芯单体注入第一层的中空部分中。然后，按与形成第一层的相同方法聚合第二层用的纤芯单体。当第二层用的纤芯单体的转化率为约80％时，将第三层用的纤芯单体注入第二层的中空部分中。
优选基于前一层的转化率注入下一层用的纤芯单体。注入下一层用的纤芯单体的转化率优选为约80％。因此，可以混合相邻层的聚合物，从而在相邻层边界附近的区域中防止微观相分离。为在纤芯中提供折射率分布，在各层用的纤芯单体中加入不可聚合的折射率控制剂的浓度从第一层到第n层增加。在此实施方案中，控制折射率控制剂的量和聚合速度，使得纤芯233中的折射率分布系数g是1.5～3.0。
使通过对预制棒进行拉丝得到的POF进行第一涂覆过程，制造光纤束，并且使一根光纤束或几根光纤束进行第二涂覆过程，制造光缆。在具有单光纤的光缆的情况下，可以不进行第二涂覆过程，可以使用具有通过第一涂覆过程涂覆的最外层的光缆。关于涂覆类型，存在其中涂层接触POF整个表面的接触型涂覆和其中在涂层和POF之间具有间隙的疏松型涂覆。当为与连接器连接剥离疏松型的涂层时，水分可以进入POF和涂层之间的间隙，并在光纤缆的纵向延伸。因此，接触型涂覆是优选的。
然而，疏松型涂覆的优点在于，可以因POF和涂层之间的间隙而缓和应力和热对光纤缆造成的损害。由于对POF的损害降低，因此疏松型涂覆优选用于一些目的。通过在间隙中填充凝胶状或粉末状材料，可以防止水分进入光纤缆的侧边缘。如果为作为填料的凝胶状或粉末状材料提供提高耐热性和机械强度的功能，那么可以得到具有优异性能的涂层。通过调节十字头模具挤出喷嘴的位置和通过控制减压装置中的压力，可以形成疏松型涂层。通过调节喷嘴的厚度和对间隙层压力可以控制POF和涂层之间的间隙层的厚度。
在第一涂覆过程中和第二涂覆过程中形成在POF上的涂层可以含有添加剂，如阻燃剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂和润滑剂，只要不影响POF的光学性能。
阻燃剂是含有卤素如溴的树脂，含磷的添加剂和材料。金属氢氧化物优选用作阻燃剂，以降低有毒气体的排放。金属氢氧化物含有在制造POF过程中不能除去的结晶水，因此作为阻燃剂的金属氢氧化物优选加到光缆的最外涂层中，而不是加到直接接触POF的涂层中。
POF可以用具有有多种功能的多个涂层涂覆。这种涂层的例子是上述阻燃剂层、防止水分吸收的阻挡层、在保护层之间或在保护层中的水分吸收剂(例如，水分吸收带或凝胶)、作为缓和弯曲POF时应力的冲击吸收体的柔性材料层和苯乙烯形成层、增大刚性的增强层。树脂之外的塑料光纤的结构材料(涂覆材料)的例子是含有具弹性抗张强度纤维和/或高刚性金属线的热塑性树脂。这些材料优选可以改进制造的光缆的机械强度。
抗张强度纤维的例子是芳香尼龙纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维。金属线的例子是不锈钢线、锌合金线、铜线。抗张强度纤维不限于上述那些纤维。还可以提供其他材料，如保护用金属管，固定光纤缆的支撑线。也可以使用在光纤缆配线中提高工作效率的机构。
根据使用方式，POF选择性地用作其中光纤束同心排列的缆组件，其中光纤束线性排列的带式纤芯线，其中使用带子或LAP护套等将带式纤芯线捆成一束的缆组件。
与常规光纤缆相比，含有根据本发明的POF的光纤缆在纤芯位置具有较大的容许误差，可以直接连接光纤缆。但是，优选使用光连接器确保固定光缆的端部。市售各种光连接器是PN型、SMA型、SMI型等。
通过作为光学元件的POF、光纤线和光纤缆传输光信号的系统，包括光信号处理装置(包括光学元件，如发光元件、接收光元件、光开关、光隔离器、光集成电路、光发射和接收模块等)。这种系统可以与其他POF组合。任何已知的技术均可以用于本发明。这些技术记载在例如“‘Basic and Practice of Plastic Optical Fiber’(NTS Inc.发行)”，“‘Optical members can be Loaded on Printed WiringAssembly，at Last’，Nikkei Electronics，卷2001年12月3日”，页110-127”等。通过组合根据这些出版物中的技术的光学元件，光学元件可用于短距离光学传输系统，适于高速、大容量数据通信，并在未影响电磁波下进行控制。具体而言，光学元件适于在各种装置(如电脑和几种数码器件)中配线，在火车和船舶中配线，在光学端子和数码器件之间和在各种数码器件之间光学连接，家庭、集体宿舍、工厂、办公室、医院、学校中的室内光学LAN，和室外光学LAN。
此外，与光学传输系统组合的其他技术公开在例如’“‘High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission’，IEICE TRANS.ELECTRON.，VOL.E84-C，No.3，MARCH 2001，pp.339-344”，“‘Interconnection in Technique of Optical Sheet Bath’，Journal of Japan Institute of Electronics Packaging.，Vol.3，No.6，2000，pp.476-480”中。此外，有光学总线(公开在日本专利未审查公开No.10-123350，No.2002-90571、No.2001-290055等中)；光分支/耦合装置(公开在日本专利未审查公开No.2001-74971、No.2000-329962，No.2001-74966、No.2001-74968、No.2001-318263、No.2001-311840等中)；光星形耦合器(公开在日本专利未审查公开No.2000-241655中)；光信号传输装置和光数据总线系统(公开在日本专利未审查公开No.2002-62457、No.2002-101044、No.2001-305395等中)；光信号处理装置(公开在日本专利未审查公开No.2000-23011等中)；光信号的交叉连接系统(公开在日本专利未审查公开No.2001-86537等中)；光传输系统(公开在日本专利未审查公开No.2002-26815等中)；多功能系统(公开在日本专利未审查公开No.2001-339554、No.2001-339555等)中；和各种光波导、光分支器、光耦合器、光多路器、光多路分配器等。当具有根据本发明的光学元件的光学系统与这些技术组合时，可以构成高级光学传输系统，以发送/接收多路光信号。根据本发明的光学元件也适用于其他目的，如发光、能量传输、照明和传感器。
下面结合作为本发明实施方案的实验(1)和作为比较的实验(2)-(4)详细说明本发明。材料、含量、操作等可以变化，只要这些变化在本发明的精神内。因此，本发明的范围不限于下述各实验。
[实验(1)]
在实验(1)中，外包层18是通过熔融挤出PVDF形成的中空管。外包层18的内径为19mm，长度为60cm。将内包层材料注入外包层18的中空部分中。内包层材料是作为自由基可聚合化合物的114gMMA、作为聚合引发剂的2，4-二甲基戊腈(商品名；V-65，Wako PureChemical Industries，Ltd.制造)、作为链转移剂的正月桂基硫醇的混合物。通过蒸馏将MMA的水分降低到100ppm或更小。在控制内包层材料的温度后，将内包层材料注入外包层18中。将2，4-二甲基戊腈的水分降低到200ppm。2，4-二甲基戊腈和正月桂基硫醇对MMA的量分别是0.04摩尔％和0.2摩尔％。将含有内包层材料的外包层18装在旋转聚合装置41的聚合容器本体38a中，使得外包层18的纵轴保持水平。在2000rpm下旋转聚合容器38的同时，内包层材料在70℃下热聚合2小时。在与聚合容器38相距1-2cm的位置处设置未接地的热电偶，测量的温度视为聚合温度。使用热电偶测量聚合中的峰值温度。在实验1中，在开始聚合后约80分钟时，测量的峰值温度是67℃。在聚合内包层单体后，在外包层18内形成PMMA的内包层19(折射率n＝1.49)。
在室温和大气压下将纤芯材料注入内包层19的中空部分中。纤芯材料是作为第一纤芯单体的MMA、作为第二纤芯单体的IBMA、作为聚合引发剂的2，4-二甲基戊腈(V-65)、作为链转移剂的正月桂基硫醇、和作为不可聚合的掺杂剂的二苯基硫(DPS)的混合物。通过蒸馏将MMA和IBMA的水分降低到100ppm或更小，并且MMA和IBMA的重量比是90∶10。IBMA均聚物的折射率是1.500。2，4-二甲基戊腈、正月桂基硫醇和DPS对MMA的加入量分别是0.04摩尔％、0.20摩尔％和10重量％。
将含有纤芯材料的外包层18再次装在旋转聚合装置41的聚合容器本体38a中，使得外包层18的纵向保持水平。在2000rpm下旋转聚合容器38的同时，使纤芯材料在70℃下热聚合2小时。在开始聚合后约80分钟时，测量的峰值温度是67℃。2小时聚合后纤芯材料的转化率是90％。然后，在500rpm下旋转聚合容器38的同时，使纤芯单体在120℃下加热24小时。纤芯材料的转化率是99％或更大。然后，旋转聚合容器38，自然冷却。因此，制造出具有内包层19为PMMA和纤芯33为MMA/IBMA共聚物的预制棒21。预制棒21进行拉丝过程，制造POF 25。
预制棒21在纤芯33的截面中央中具有中空部分。纤芯33的折射率分布系数是3.2。使用差示扫描量热法(DSC)对纤芯33的样品进行热分析，表明纤芯33的玻璃化转变温度Tg比PMMA高10℃。
制造的POF 25其外径为500μm，长度为500m。在波长650nm下POF 25的传输损耗为170dB/km。用低密度聚乙烯(JAC06M，JPO制造)涂覆POF，使得具有涂层的POF其直径为1.9mm。切下长度13m的涂覆的POF作为样品，长度10m的POF样品的中间部分置于小型环境试验机SH-240中，在试验机外部距POF两边缘2m和1m的部分分别通过FC连接器(MA9013A，Anritsu Corporation制造)与白色光源(AQ4303B，Ando Electric Co.，Ltd.制造)和光功率表(ML910B，Anritsu Corporation制造)连接。干涉滤波器(03FIR006，MELLES GRIOT KK制造)插在白色光源中。恒温/恒湿槽的温度和相对湿度分别是70℃和95％。500小时后测得的光强度衰减是1dB。
[实验(2)]
在实验(2)中，纤芯的可聚合化合物仅是PMMA，没有使用作为第二纤芯单体的IBMA。其他条件与实验(1)中的相同。
纤芯样品的玻璃化转变温度Tg低于PMMA的玻璃化转变温度。在波长650nm下通过对预制棒进行拉丝得到的POF的传输损耗为170dB/km。水分吸收100小时后POF的传输损耗是30dB。
[实验(3)]
在实验(3)中，作为纤芯单体的MMA和IBMA重量比为995∶5。其他条件与实验(1)中的相同。
纤芯样品的玻璃化转变温度Tg基本上与PMMA的玻璃化转变温度相同。在波长650nm下通过对预制棒进行拉丝得到的POF的传输损耗为170dB/km。水分吸收100小时后POF的传输损耗是20dB。
[实验(4)]
在实验(4)中，作为纤芯单体的MMA和IBMA重量比为75∶25。其他条件与实验(1)中的相同。
纤芯样品的玻璃化转变温度Tg比PMMA的玻璃化转变温度高10℃。样品的纤芯中央的玻璃化转变温度是100℃。在波长650nm下通过对预制棒进行拉丝得到的POF的传输损耗为200dB/km。水分吸收后POF的传输损耗与水分吸收之前的传输损耗相同。
[实验(5)]
在实验(5)中，第二纤芯单体是溴取代的甲基丙烯酸苯酯。溴取代的甲基丙烯酸苯酯的均聚物的折射率是1.599。其其他条件与实验(1)中的相同。
纤芯样品的玻璃化转变温度Tg比PMMA的玻璃化转变温度高160℃。预制棒的纤芯混浊。在波长650nm下通过对预制棒进行拉丝得到的POF的传输损耗为1500dB/km。水分吸收后POF的传输损耗与水分吸收之前的传输损耗相同。
根据这些实验(1)-(5)，通过控制折射率和聚合物化合物的量，增大在通过聚合外纤芯聚合物的结构单元和这种化合物形成纤芯时的玻璃化转变温度Tg，可以制造预制棒，其中预制棒的聚合物中的微观相分离得以控制，并且甚至使用折射率控制剂不会损害耐热性。因此，通过对这种预制棒进行拉丝得到的POF具有优异光学透射率和实用的耐热性。
工业实用性
本发明涉及塑料光纤用的塑料光纤预制棒和制造这种塑料光纤预制棒的方法。

Claims (11)

1.一种制造塑料光纤预制棒的方法，所述塑料光纤预制棒具有圆管状第一元件和在所述第一元件的中空部分中形成的第二元件，所述第二元件的折射率大于所述第一元件的折射率，所述方法包括如下步骤：
(a)在所述第一元件的中空部分中注入第一可聚合化合物、第二可聚合化合物和不可聚合的折射率控制剂，所述第一元件具有由包括第一结构单元U1的第一聚合物形成的内壁，所述第一可聚合化合物具有所述第一结构单元U1，所述第二可聚合化合物具有不同于所述第一结构单元U1的第二结构单元U2；和
(b)聚合所述第一可聚合化合物和所述第二可聚合化合物，使得从所述第一元件的所述内壁向所述第二元件的中央形成所述第一可聚合化合物和所述第二可聚合化合物的共聚物，其中第二结构单元U2在具有第一结构单元U1和第二结构单元U2的共聚物中的重量百分比是1-20重量％。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中所述第二结构单元U2的均聚物比所述第一聚合物的玻璃化转变温度高。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中所述第二结构单元U2的均聚物和所述第一聚合物的折射率差为0～0.1，所述第一元件和所述第二元件的折射率差为0.001或更大。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一聚合物是均聚物。
5.如权利要求1所述的制造方法，还包括如下步骤：
(c)重复步骤(a)和(b)，形成具有多个第二聚合物层的所述第二元件，接触所述第一元件的所述第二元件的第一层中的第二结构单元U2的重量百分比是1-20重量％，在第n层中的所述第二结构单元U2的重量百分比比第(n-1)层中的所述第二结构单元U2的重量百分比大1-20重量％，其中n是大于1的自然数。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中所述塑料光纤预制棒包括外包层、内包层和纤芯，第一元件形成所述内包层，第二元件形成所述纤芯。
7.一种塑料光纤预制棒，包括：
具有由包括第一结构单元U1的第一聚合物形成的内壁的圆管状第一元件；和
在所述第一元件中形成并且折射率比所述第一元件大的第二元件，所述第二元件包括所述第一结构单元U1和不同于所述第一结构单元U1的第二结构单元U2的共聚物，所述第二元件的折射率从所述第一元件的内壁向所述第二元件的中央逐渐增大，其中第二结构单元U2在含有第一结构单元U1和第二结构单元U2的共聚物中的重量百分比是1-20重量％。
8.如权利要求7所述的预制棒，其中所述第二结构单元U2的均聚物比所述第一聚合物的玻璃化转变温度高。
9.如权利要求7所述的预制棒，其中所述第二结构单元U2的均聚物和所述第一聚合物的折射率差为0～0.1，所述第一元件和所述第二元件的折射率差为0.001或更大。
10.如权利要求7所述的预制棒，其中所述第一聚合物是均聚物。
11.如权利要求7所述的预制棒，其中所述第二元件包括多个第二聚合物层，接触所述第一元件的所述第二元件的第一层中的第二结构单元U2的重量百分比是1-20重量％，在第n层中的所述第二结构单元U2的重量百分比比第(n-1)层中的所述第二结构单元U2的重量百分比大1-20重量％，其中n是大于1的自然数。
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