DE69738524T2

DE69738524T2 - Optische faser mit brechungsindexgradient und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69738524T2
Application number: DE69738524T
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Otake-shi Yamashita; Yasuteru Otake-shi TAHARA; Kazuki Otake-shi Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2017-03-29
Also published as: EP1607778A1; EP0942301A4; EP1607778B1; CN1101000C; JP3437848B2; US6185353B1; DE69738524D1; DE69739406D1; AU2177097A; CN1419142A; CA2250249A1; EP0942301A1; US6631233B2; KR100443223B1; WO1997036196A1; ATE431566T1; ATE386953T1; US20010000140A1; CN1217069A; AU720263B2

Description

Technischer Bereich
Diese Erfindung bezieht sich auf Kunststofffasern mit optischem Gradienten, welche als optisches Kommunikationsmedium verwendet werden können.
Verwandter Stand der Technik
Kunststofffasern mit optischem Gradienten (hiernach als „GI Typ POF's" bezeichnet) mit einer radialen Verteilung des Brechnungsindex, in welchen der Brechungsindex graduell von der Mitte zu dem äußeren Umfang der optischen Faser hin abnimmt, haben eine weitere Frequenzbandbreite als optische Fasern vom Stufenindextyp und daher wird erwartet, dass sie als optische Kommunikationsmedien verwendbar sind.
In dem Fall von GI Typ POF's muss eine mit einer großen numerischen Apertur (NA) und einem so kleinen Übertragungsverlust wie möglich für den Zweck der Verbesserung ihres Krümmungsverlustes und ihres Kopplungsverlustes mit der Lichtquelle hergestellt werden. Um die NA zu vergrößern, müssen GI Typ POF's so ausgelegt sein, dass der maximale Unterschied im Brechungsindex (Δn) zwischen der Mitte und dem äußeren Umfang der optischen Faser ausreichend groß ist.
Verschiedene Verfahren für das Anfertigen solcher GI Typ POF's sind bekannt. Sie schließen zum Beispiel ein (1) ein Verfahren, welches das Bereitstellen von zwei Monomeren mit verschiedenen Reaktionsfähigkeitsverhältnissen und Ergeben von Homopolymeren mit verschiedenen Brechungsindices, Platzieren dieser Monomere in einem zylindrischen Gefäß aus einem Polymer dieser Monomere, um ein Auflösen und Schwellen des Polymers hervorzurufen, Polymerisieren der Monomere und dann Ziehen des sich ergebenden Produkts umfasst (offengelegtes japanisches Patent Nr. 130904/'86 ); (2) ein Verfahren, welches Präparieren einer Mehrzahl von Polymermischungen aus zwei Polymeren mit unterschiedlichen Brechungsindices mit verschiedenen Mischungsverhältnissen, Spinnen dieser Polymermischungen, um eine mehrlagige Faser zu bilden, und dann Wärmebehandeln dieser Fasern, um in der Diffusion zwischen benachbarten Schichten zu bewirken, umfasst ( japanisches offengelegtes Patent Nr. 265208/'89 ); und (3) ein Verfahren, welches Wickeln von Filmen, die aus einer Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen gebildet wurden, auf ein Kernmaterial und Ziehen des sich ergebenen Laminats unter erhitzten Bedingungen umfasst ( japanische Patentveröffentlichung Nr. 15684/'80 ).
Die durch die zuvor beschriebenen Verfahren (1) oder (2) angefertigten GI Typ POF's haben den Nachteil, dass, da alle Schichten aus Polymermischungen gebildet sind, diese optischen Kunststofffasern (hiernach als „POF's" bezeichnet) dazu neigen, aufgrund der mikroskopischen Phasenseparation eine heterogene Struktur zu erzeugen und daher einen großen Streuverlust des Lichts zeigen. Andererseits haben durch das Verfahren (3) angefertigte und aus Styren-Methylmethacrylat-Copolymeren oder dergleichen bestehende GI Typ POF's einen großen Streuverlust des Lichts, weil der Unterschied im Brechungsindex zwischen den benachbarten Schichten der die mehrlagigen Fasern aufbauenden Copolymere zu groß ist (zum Beispiel 0,02).
Was die Verfahren für das Anfertigen betrifft, ist das zuvor beschriebene Verfahren (1) darin nachteilig, dass es einen Polymerisationsschritt benötigt und daher niedrige Produktivität hat. Das Verfahren (3) ist nachteilig darin, dass Fremdstoffe dazu neigen, eingeführt zu werden, wenn eine Mehrzahl von Filmen auf ein Kernmaterial gewickelt wird, und darin, dass es schwierig ist, eine konzentrische kreisförmige Faser zu erhalten, weil Dickendiskontinuitäten dazu neigen, an den Verbindungen zwischen den Filmenden aufzutreten.
Andererseits ist das Verfahren (2) darin exzellent, dass eine GI Typ POF kontinuierlich gebildet werden kann, die weniger Dickenfluktuation zeigt. Es ist jedoch schwierig, eine graduelle Verteilung des Brechungsindex in der POF zu kreieren, weil ausreichende Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zwischen benachbarten Schichten durch die Wärmebehandlung alleine nach dem Spinnen nicht erreicht werden kann. Selbst wenn die Wärmebehandlungstemperatur angehoben wird, um die Dicke der Interdiffusionsschichten zu erhöhen und dadurch ein graduelles Verteilungsprofil des Brechungsindex zu kreieren, neigt die während des Spinnens gezogene Faser dazu, eine Entspannungsschrumpfung zu durchlaufen und zeigt Variationen im Faserdurchmesser. Konsequenter Weise treten Lichtablenkung und Streuung in den Teilen auf, welche eine Variation im Durchmesser zeigen, was zu einem erhöhten Übertragungsverlust führt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik zur Verfügung zu stellen, durch welche GI Typ POF's, die wenig Dickenfluktuation zeigen und einen kleinen Streuverlust des Lichts und eine relativ große numerische Apertur haben, mit einer hohen Produktionsrate angefertigt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Gradientenfaser mit einer Mehrschichtstruktur zur Verfügung gestellt, die eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten nicht gemischten Grundschichten aufweist, wobei jede der nicht gemischten Grundschichten aus einem einzelnen (Co)Polymer gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus zwei oder mehr jeweils aus Monomeren M1, ..., Mn hergeleiteten Homopolymeren HP1, ..., HPn (in welchen n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist) und die Brechungsindizes haben, die in dieser Abfolge abnehmen, und aus einem oder mehreren aus zwei oder drei der Monomere hergeleiteten Copolymeren CP's besteht, wobei die Mehrschichtstruktur so ist, dass eine gemischte Schicht, die aus einer Mischung von zwei (Co)Polymeren besteht, die zwei benachbarte nicht gemischte Grundschichten aufbauen, dazwischen gebildet ist, und der Brechungsindex in der Mitte der Faser am höchsten ist und graduell zum äußeren Umfang hin abnimmt.
In der vorher genannten POF können Terpolymere TP's, welche aus drei Monomeren einschließlich der zwei die zuvor genannten binären Copolymere CP's aufbauenden Monomere hergeleitet wurden, ferner zusätzlich zu den binären Copolymeren CP's verwendet werden. Alternativ können solche Terpolymere TP's anstelle der binären Copolymere CP's verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 schließt schematische Ansichten ein, welche eine optische Gradientenfaser in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellen. In 1 ist (a) eine Querschnittsansicht, (b) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung und (c) ist ein Diagramm, das die Verteilung der Brechungsindices in der radialen Richtung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In der vorliegenden Erfindung stellt HP ein Homopolymer dar, CP stellt ein binäres Copolymer dar, BP stellt eine Mischung von zwei (Co)Polymeren dar, L_NB stellt eine aus einem einzelnen (Co)Polymer gebildete nicht gemischte Schicht dar und L_B stellt eine aus einer Mischung von zwei (Co)Polymeren gebildete gemischte Schicht dar.
Zunächst wird, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, eine Beschreibung der Ausführungsform gegeben, in welcher die Zahl (n) der Monomere 3 ist. Wo die Zahl (n) der Monomere 3 ist, werden drei Homopolymere HP1, HP2 und HP3 jeweils aus Monomeren M1, M2 und M3 präpariert. Darüber hinaus werden zwei Reihen von binären Copolymeren CP1/2 und CP2/3 aus Kombinationen von Monomeren präpariert, welche Homopolymere mit Brechungsindices nahe aneinander ergeben. Es ist bevorzugt, diese HP's und CP's so auszuwählen, dass jedes CP oder HP gute Kompatibilität mit anderen CP's hat.
In der vorliegenden Erfindung sind die Polymere mit höheren Berechungsindices das Homopolymer HP1, das aus Monomer M1 hergeleitet wird, und das binäre Copolymer CP1/2, das aus Monomeren M1 und M2 hergeleitet wird. In Bezug auf CP1/2 kann eine Mehrzahl von Copolymeren präpariert werden, die aus den zwei Monomeren bei verschiedenen molaren Verhältnissen und mit verschiedenen Brechungsindices zusammengesetzt sind. In ähnlicher Weise sind die Polymere mit niedrigeren Brechungsindices das Homopolymer HP3, das aus Monomer M3 hergeleitet wird, und das binäre Copolymer CP2/3, das aus den Monomeren M2 und M3 hergeleitet wird. Ebenso kann in Bezug auf CP2/3 eine Mehrzahl von Copolymeren präpariert werden, die aus den zwei Monomeren bei verschiedenen molaren Verhältnissen und mit verschiedenen Brechungsindices zusammengesetzt sind.
Wie in 1 dargestellt wird, haben die mehrlagigen POF's der vorliegenden Erfindung eine Struktur, in welcher nicht gemischte Schichten (L_NB) mit einer Dicke T_NB und gemischte Schichten (L_B) mit einer Dicke T_B abwechselnd angeordnet sind. In dieser Struktur ist jede nicht gemischte Schicht (L_NB) eine Schicht, die aus einem einzelnen (Co)Polymer gebildet wurde, und jede gemischte Schicht (L_B) ist eine Schicht, die aus einer Mischung (BP) der zwei (Co)Polymeren gebildet wurde, welche die auf beiden Seiten davon angeordnete nicht gemischte Schicht aufbaut.
Wenn die Zahl der nicht gemischten Schichten (L_NB) angehoben wird, kann eine Struktur im Wesentlichen ohne gemischte Schicht (L_B) angewendet werden. Wenn die Zahl der nicht gemischten Schichten (L_NB) jedoch klein ist, ist es notwendig, eine oder mehrere gemischte Schichten (L_B) zu bilden und darüber hinaus deren Dicken T_B zu einem gewissen Grad anzuheben, so dass eine abrupte Änderung im Brechungsindex verhindert werden kann.
1 stellt eine POF mit einer fünflagigen Struktur dar, welche drei nicht gemischte Schichten (L_NB) und zwei gemischte Schichten (L_B) umfasst. Wie aus 1(c) ersehen werden kann, verbleibt der Brechungsindex in jeder nicht gemischten Schicht (L_NB) konstant, während er sich kontinuierlich in jeder gemischten Schicht (L_B) ändert. Da die Zahl der Schichten angehoben wird, wird das Verteilungsprofil des Brechungsindex in der gesamten POF mehr graduell. Eine Kurve der graduellen Verteilung des Brechungsindex ist für den Zweck für das Anheben der Übertragungsbandbreite des Lichts bevorzugt. Wenn der Anteil der gemischten Schichten (L_B) in der POF jedoch zu groß ist, wird ihr Übertragungsverlust des Lichts ansteigen. Demzufolge wird das Verteilungsprofil des Brechungsindex unter Berücksichtigung des Ausgleichs zwischen der Größe der Übertragungsbandbreite des Lichts und der Größe des Übertragungsverlustes des Lichts ausgewählt.
Darüber hinaus kann eine Schutzschicht oder eine Mantelmaterialschicht auf dem äußeren Umfang der GI Typ POF angeordnet sein, obwohl diese in 1 nicht gezeigt werden.
Zunächst werden die BP's erläutert, welche die gemischten Schichten (L_B) aufbauen. Im Allgemeinen neigen BP's, verglichen mit HP's und CP's, dazu, Fluktuationen im Brechungsindex und eine Phasenseparation (welche hiernach in geeigneter Weise als „eine heterogene Struktur" bezeichnet wird) zu induzieren. Konsequenter Weise wird der Streuverlust des Lichts der gesamten POF angehoben, wenn der Anteil von L_B in der POF größer wird. Darüber hinaus haben BP's im Allgemeinen eine schlechtere thermische Stabilität als die HP's und CP's. Wenn konsequenter Weise die POF in einem relativ hohen Temperaturbereich für einen langen Zeitraum verwendet wird, fördert die Gegenwart von L_B in der POF die Erzeugung einer heterogenen Struktur in der POF und erhöht deren Streuverlust des Lichts.
Da der Streuverlust des Lichts der gesamten POF gesteigert wird, wenn der Anteil der L_B in der POF größer wird, ist es daher bevorzugt, dass der Anteil der L_B in der POF kleiner wird und die Dicken T_B jeder L_B ebenso kleiner werden. Der gewünschte Wert von T_B kann gemäß der radialen Position der L_B variieren und kann ebenso von der gewünschten Leistungsfähigkeit der Bandbreite und der Zahl der Schichten abhängen. T_B ist jedoch bevorzugt in der Größenordnung von etwa 0,3 bis 100 μm und insbesondere bevorzugt etwa 1 bis 10 μm.
Es ist ebenso bevorzugt, dass das HP (oder CP) und das CP, welches jede BP bildet, eine gute Kompatibilität hat und der Unterschied im Brechungsindex dazwischen ausreichend klein ist.
Als nächstes werden die Polymere (das heißt HP's und CP's) erläutert, welche die nicht gemischten Schichten (L_NB) aufbauen. Es ist bevorzugt, dass die (Co)Polymere, welche die L_NB in der POF aufbauen, einen kleinen Streuverlust des Lichts haben. Um (Co)Polymere mit einem kleinen Streuverlust des Lichts zu erhalten, sollten die Polymere (oder Monomere) bevorzugt so ausgewählt werden, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 und zwischen HP3 und HP2 so klein wie möglich ist. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 (oder zwischen HP3 und HP2) groß ist, die Polymermischung (BP) von HP1 und HP2 oder das Copolymer (CP1/2) aus M1 und M2 Fluktuationen im Brechungsindex zeigt und daher einen Anstieg des Streuverlustes des Lichts der POF hervorruft.
Tabelle 1 zeigt isotrope Streuverluste des Lichts (dB/km) bei einer Wellenlänge von 650 nm für Copolymere, die aus 80 Mol-% Methylmethacrylat (MMA), das als M2 verwendet wird, und 20 Mol-% von verschiedenen Monomeren, die als M1 oder M3 verwendet werden, gebildet wird.

Tabelle 1 zeigt ebenso den Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen den aus diesen Monomeren hergeleiteten Homopolymeren und Polymethylmethacrylat (PMMA). In dieser Tabelle ist der Δn_d Wert positiv, wenn der Brechungsindex des relevanten Homopolymers größer als der von PMMA ist, und negativ, wenn der Brechungsindex des relevanten Homopolymers kleiner als der von PMMA ist. Tabelle 1

Monomere	Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%)	isotroper Verlust der Lichtstreuung (dB/km)	Unterschied im Berechnungsindex (Δn_d) zwischen korrespondierenden Homopolymeren
MMA/VB	74,42/25,58	3725	0,0867
MMA/PhMA	69,39/30,61	1867	0,0798
MMA/2-PhEMA	67,87/32,13	81,7	0,0684
MMA/BzA	70,44/29,56	95,4	0,0676
MMA/GMA	47,04/25,96	10,2	0,0265
MMA/CEMA	72,07/27,93	20,7	0,0262
MMA/THFMA	72,10/27,90	13,1	0,0188
MMA/CHMA	72,60/27,40	13,5	0,0158
MMA	100	10,8	0,0000
MMA/IBMA	75,79/24,21	27,2	–0,0138
MMA/TBMA	72,85/27,15	143,7	–0,0270

(Anmerkung 1)

VB:

Vinylbenzoat

PhMA:

Phenylmethacrylat

2-PhEMA:

2-Phenylethylmethacrylat

BzA:

Benzylacrylat

GMA:

Glycidylmethacrylat

CEMA:

Chlorethylmethacrylat

THFMA:

Tetrahydrofurfurylmethacrylat

CHMA:

Chlorhexylmethacrylat

IMBA:

Isobutylmethacrylat

TBMA:

tert-Butylmethacrylat

Wie aus dieser Tabelle einleuchtet, neigen die isotropen Streuverluste des Lichts der Copolymere dazu, abzunehmen, wenn der absolute Wert des Unterschieds im Brechungsindex (Δn_d) kleiner wird. Demzufolge müssen die zwei Monomere, welche jedes binäre Polymer CP aufbauen, das in der POF der vorliegenden Erfindung verwendet wird, solche sein, die Homopolymere HP's ergeben, zwischen welchen es einen kleinen Unterschied im Brechungsindex gibt. Speziell ist der Unterschied im Brechungsindex bevorzugt nicht größer als 0,03, insbesondere bevorzugt nicht größer als 0,02 und am besten nicht größer als 0,015. Wenn der Unterschied im Brechungsindex jedoch zu einem übermäßigen Ausmaß verringert wird, wird die NA zu klein werden. Demzufolge ist es notwendig, eine Kombination von Monomeren M1 und M2 (oder Monomeren M3 und M2) unter Berücksichtigung dieser Tatsache auszuwählen. Aus diesem Grund ist der Unterschied im Brechungsindex bevorzugt nicht weniger als 0,010.
Darüber hinaus wird in der mehrlagigen POF der vorliegenden Erfindung, welche gemischte Schichten (L_B) einschließt, eine abrupte Änderung des Brechungsindex an den gemischten Schichten (L_B) unterdrückt, wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen den benachbarten nicht gemischten Schichten (L_NB) kleiner wird, und dies verringert die Streuverluste des Lichts an den Grenzflächen. Demzufolge ist es bevorzugt, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen benachbarten nicht gemischten Schichten (L_NB) so klein wie möglich ist. Speziell ist der Unterschied im Brechungsindex bevorzugt nicht größer als 0,016 und insbesondere bevorzugt nicht größer als 0,008.
Es ist ebenso bevorzugt, dass die BP's, welche die gemischten Schichten (L_B) in der POF aufbauen, einen kleinen Streuverlust des Lichts haben. Eine Mischung mit einem kleinen Streuverlust des Lichts kann durch Unterstützen der gegenseitigen Kompatibilität der (Co)Polymere, welche gemischt werden, erhalten werden.
Ein Mittel zu diesem Zweck ist es, den Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen dem HP (oder CP) und dem CP, welche die benachbarten nicht gemischten Schichten (L_NB) aufbauen, zu minimieren. In einer Mischung BP, die aus zwei (Co)Polymeren zusammengesetzt ist, zwischen welchen es einen großen Unterschied im Copolymerisationsverhältnis gibt, sind die Eigenschaften eines CP (oder HP) im Wesentlichen von jenen des anderen CP unterschiedlich. Konsequenter Weise wird deren gegenseitige Kompatibilität verringert und eine heterogene Struktur neigt dazu, in dem BP erzeugt zu werden, was zu einem erhöhten Streuverlust des Lichts der POF führt. Tatsächlich wird der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis bei einem Wert unter Berücksichtigung des Anteils der gemischten Schichten (L_B) in der gesamten POF bestimmt, welcher im Wesentlichen kein Problem für praktische Zwecke hervorruft.
Tabelle 2 zeigt isotrope Streuverluste des Lichts bei einer Wellenlänge von 650 nm für BP's, welche durch Auswählen von zwei Elementen aus HP's und verschiedenen CP's mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und deren Mischen bei einem Verhältnis von 50/50 (Gew.-%) präpariert werden. Die zuvor genannten HP's und CP's wurden aus 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM) oder 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (4FM), das als M1 verwendet wird, und 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (5FM), das als M2 verwendet wird, gebildet.
In dieser Tabelle ist das (Co)Polymer, das aus den Monomeren M1 und M2 hergeleitet wird, das Homopolymer HP1 aus M1, wenn der Gehalt von M2 0 Mol-% ist, und das Homopolymer HP2 aus M2, wenn der Gehalt an M1 0 Mol-% ist. Der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen zwei Copolymeren A und B mit unterschiedlichen Copolymerisationsverhältnissen wird durch den Unterschied im molaren Gehalt (%) von M1 oder M2 ausgedrückt.

Tabelle 2 zeigt an, dass, da das Copolymerisationsverhältnis von einem CP (oder HP) näher zu dem eines anderen mit gemischtem CP ist, das sich ergebende BP einen kleinern isotropen Streuverlust des Lichts hat. In Bezug auf M1 oder M2, die in jeglichen zwei benachbarten (Co)Polymeren enthalten sind, ist der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis bevorzugt nicht größer als 20 Mol-%, insbesondere nicht größer als 15 Mol-% und am besten nicht größer als 10 Mol-%. Wenn der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis jedoch extrem klein ist, kann es notwendig sein, die Zahl der (Co)Polymerschichten für den Zweck des Sicherstellens der gewünschten NA der optischen Faser anzuheben. Tabelle 2

Monomere M1/M2	Monomerverhältnis des Copolymers 1 (Mol-%)	Monomerverhältnis des Copolymers 2 (Mol-%)	Unterschied im M1 Gehalt zwischen den Copolymeren 1 und 2 (Mol-%)	isotroper Verlust der Lichtstreuung der Copolymere 1 und 2 (dB/km)
3FM/5FM	40/60	30/70	10	60–80
3FM/5FM	45/55	30/70	15	70–100
3FM/5FM	50/50	30/70	20	80–140
3FM/5FM	50/50	0/100	50	> 10.000 (wolkig)
3FM/5FM	50/50	100/0	50	> 10.000 (wolkig)
4FM/5FM	40/60	30/70	10	60–80
4FM/5FM	45/55	30/70	15	80–110
4FM/5FM	50/50	30/70	20	90–150
4FM/5FM	50/50	0/100	50	> 10.000 (wolkig)
4FM/5FM	50/50	100/0	50	> 10.000 (wolkig)

In der vorliegenden Erfindung werden hohe oder 5 niedrige Brechungsindices auf einer relativen Basis verwendet. Wenn zum Beispiel MMA als M2 verwendet wird und folglich PMMA mit einem Brechungsindex von 1,491 als HP2 verwendet wird, werden die Monomere nachstehend exemplarisch dargestellt, welches als M1 und M3 verwendet 10 werden können. Der in Klammern angegebene n_d Wert stellt die Brechungsindices der korrespondierenden Homopolymere dar.
Beispiele von Monomer M1, das verwendet wird, um ein Polymer mit einem hohen Brechungsindex zu bilden, schließen Benzylmethacrylat (n_d = 1,5680), Phenylmethacrylat (n_d = 1,5706), Vinylbenzoat (n_d = 1,5775), Styren (n_d = 1,5920), 1-Phenylethylmethacrylat (n_d = 1,5490), 2-Phenylethylmethacrylat (n_d = 1,5592), Diphenylmethylmethacrylat (n_d = 1,5933), 1,2-Diphenylethylmethacrylate (n_d = 1,5816), 1-Bromethylmethacrylat (n_d = 1,5426), Benzylacrylat (n_d = 1,5584), α,α-Dimethylbenzylmethacrylat (n_d = 1,5820), p-Fluorstyren, (n_d = 1,566), 2-Chlorethylmethacrylat (n_d = 1,5170), Isobornylmethacrylat (n_d = 1,505), Adamantylmethacrylat (n_d = 1,535), Tricylodecylmethacrylat (n_d = 1,523), 1-Methylcyclohexylmethacrylat (n_d = 1,5111), 2-Chlorcyclohexylmethacrylat (n_d = 1,5179), 1,3-Dichlorpropylmethacrylat (n_d = 1,5270), 2-Chlor-1-chlormethylethylmethacrylat (n_d = 1,5270), Bornylmethacrylat (n_d = 1,5059), Cyclohexylmethacrylat (n_d = 1,5066), Tetrahydrofurfurylmethacrylat (n_d = 1,5096), Allylmethacrylat (n_d = 1,5196), Tetrahydrofurfurylmethacrylat (n_d = 1,5096), Vinylchloracetat (n_d = 1,5120), Glycidylmethacrylate (n_d = 1,517) und Methyl-α-chloracrylate (n_d = 1,5172) ein.
Beispiele von Monomer M3, das verwendet wird, um ein Polymer mit einem niedrigen Brechungsindex zu bilden, schließen 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (n_d = 1,415), 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (n_d = 1,422), 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (n_d = 1,392), 2,2,2-Trifluor-1-trifluormethylethylmethacrylat (n_d = 1,380), 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylat (n_d = 1,407), 2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluorpentylmethacrylat (n_d = 1,393), 2,2,2-Trifluorethyl-α-fluoracrylat (n_d = 1,386), 2,2,3,3-TetrafIuorpropyl-α-fluoraorylat (n_d = 1,397), 2,2,3,3,3-Pentafluorpropyl-α-fluoracrylat (n_d = 1,366), 2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluorpentyl-α-fluoraorylat (n_d = 1,376), o- oder p-Difluorstyren (n_d = 1,4750), Vinylacetat (n_d = 1,4665), tert-Butylmethacrylat (n_d = 1,4638), Isopropylmethacrylat (n_d = 1,4728), Hexadecylmethacrylat (n_d = 1,4750), Isobutylmethacrylat (n_d = 1,4770), α-Trifluormethylacrylate, β-Fluoracrylate, β,β-Difluoracrylate, β-Trifluormethylacrylate, β,β-Bis(trifluormethyl)acrylate und α-Chloracrylate ein.
Bevorzugt sind die Monomere, die verwendet werden, um die (Co)Polymere zu präparieren, welche die GI Typ POF der vorliegenden Erfindung aufbauen, solche, die Homopolymere mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 70°C oder darüber ergeben. Wenn die Tg übermäßig niedrig ist, wird die thermische Beständigkeit der gesamten POF verringert. Als ein Ergebnis gibt es eine Möglichkeit, dass in einer Bedienungsumgebung mit relativ hohen Temperaturen eine Phasenseparation, speziell in den L_B Schichten, beschleunigt wird, so dass ein Anstieg des Streuverlustes hervorgerufen wird. Beispiele von solchen (Co)Polymeren mit hoher Tg schließen (Co)Polymere ein, welche aus einer Kombination von Methylmethacrylat und Chlorethylmethacrylat hergeleitet werden.
Speziell bevorzugte Beispiele von (Co)Polymeren, welche einen kleinen Unterschied im Brechungsindex zwischen HP's haben und daher einen kleinen Streuverlust in den POF's hervorrufen, schließen (Co)Polymere ein, welche aus einer Kombination von zwei oder drei Fluoralkyl(meth)acrylaten hergeleitet werden. In ähnlicher Weise schließen sie ebenso (Co)Polymere ein, welche aus einer Kombination von Monomeren hergeleitet werden, die aus Chlorhexylmethacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Isobutylmethacrylat und Methylmethacrylat ausgewählt werden und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse haben.
Darüber hinaus schließen Beispiele von (Co)Polymeren, welche einen großen Unterschied im Brechungsindex zwischen HP's haben, aber gute Kompatibilität zeigen, (Co)Polymere ein, welche aus 2-Phenylethylmethacrylat und Methylmethacrylat hergeleitet wurden und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse haben.
Keine besondere Begrenzung wird für den Unterschied im Brechungsindex zwischen der Mitte und dem äußeren Umfang der GI Typ POF in der vorliegenden Erfindung angeordnet. Angesichts der Größe der numerischen Apertur (NA) ist es jedoch bevorzugt, dass der Unterschied im Brechungsindex in der Größenordnung von etwa 0,02 bis 0,04 ist.
Zum Bezug wird nachstehend das Verfahren für das Anfertigen einer GI Typ POF in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieser Gegenstand wird in einer Teilanmeldung beansprucht.
Gemäß dieses Verfahrens wird jedes Spinnmaterial aus einem (Co)Polymer präpariert und drei oder mehr, bevorzugt fünf oder mehr Spinnmaterialien mit verschiedenen Brechungsindices werden unter Verwendung von (Co)Polymeren, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ..., HPn besteht (in welchen n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist), die jeweils von Monomeren M1, M2, ..., Mn hergeleitet werden und Brechungsindices haben, die in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehreren binären Copolymeren CP's, die aus diesen Monomeren hergeleitet werden, präpariert. Dann werden diese Spinnmaterialien zu einer mehrlagigen konzentrischen kreisförmigen Düse mit drei oder mehr, bevorzugt fünf oder mehr Schichten zugeführt, so dass der Brechungsindex zu dem äußeren Umfang hin abnimmt und dadurch durch die Düse extrudiert.
Um ein graduelles Verteilungsprofil des Brechungsindex zwischen benachbarten Schichten zu kreieren, müssen gemischte Schichten durch Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zwischen benachbarten Schichten gebildet werden. Zu diesem Zweck wird die folgende Vorgehensweise angewendet. Die Spinnmaterialien werden zum Beispiel in der Spinndüse geschmolzen und die Spinnmaterialien, welche jegliche zwei benachbarte Schichten aufbauen, werden für einen relativ langen Zeitraum in Kontakt miteinander gebracht, um Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zu bewirken, und dann daraus extrudiert. Wenn die Zahl der Schichten jedoch ausreichend groß ist, wird keine positive Behandlung zum Bewirken der Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zwischen benachbarten Schichten benötigt.
Wo eine Kurve der graduellen Verteilung des Brechungsindex nicht aufgrund unzureichender Interdiffusion innerhalb der Düse erhalten wird, kann die extrudierte Faser erneut mit Wärme behandelt werden, um zusätzliche Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zu bewirken. Wenn dieses Verfahren angewendet wird, sollte die Faser jedoch bevorzugt von der Spinndüse in einem ungezogenen Zustand extrudiert werden, um Entspannungsschrumpfung der Faser während der Wärmebehandlung zu verhindern. Der Grund dafür ist, dass eine Änderung im Faserdurchmesser den Übertragungsverlust des Lichts der POF anhebt.
Die Wärmebehandlung kann zum Beispiel in der folgenden Art und Weise ausgeführt werden. Zunächst wird die ungezogene Faser bei einer Temperatur über 100°C höher als die mittlere Glasübergangstemperatur (Tg) der dieselbe aufbauenden (Co)Polymere ausgeführt, um Interdiffusion zu bewirken. Dann wird die Faser in einem Temperaturbereich gezogen, welche von Tg zu einer Temperatur etwa 80°C höher als Tg reicht, um der Faser Biegebruchfestigkeit zu verleihen. Auf diese Weise kann eine GI Typ POF erhalten werden.
Um darüber hinaus die Dicke der gemischten Schichten zu erhöhen, kann ein Verfahren angewendet werden, welches Zugeben einer Monomermischung mit der gleichen Zusammensetzung wie das das Spinnmaterial aufbauende (Co)Polymer und eines Photopolymerisationsinitiators zu jedem Spinnmaterial, Extrudieren des sich ergebenden Spinnmaterials durch eine Düse, um es den Monomeren zu ermöglichen, zwischen benachbarten Schichten zu interdiffundieren, und dann Photopolymerisieren der Monomeren innerhalb der Faser umfasst.
Das Profil des Brechungsindex der POF kann durch Variieren der Verweilzeit innerhalb der Spinndüse, der Schmelzspinntemperatur, der Temperatur der Wärmebehandlung nach dem Spinnen, des Zugverhältnisses während des Spinnens, der Art der harzförmigen Komponenten und der Zahl der konzentrischen zylindrischen Schichten von Spinnmaterialien (hiernach als „Spinnmaterialschichten" bezeichnet) gesteuert werden.
Nun wird das Auslegungsverfahren zur Herstellung einer GI Typ POF mit einem idealen Profil des Brechungsindex (das heißt, die Bedingungen, welche die weiteste Bandbreite geben) nachstehend unter Bezug auf die Beziehung zwischen der mehrlagigen konzentrischen zylindrischen Anordnung der Spinnmaterialien innerhalb der Spinndüse und den Brechungsindices davon beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die folgende Beschreibung begrenzt wird.
Lassen sie uns eine GI Typ POF betrachten, in welcher sich der Brechungsindex graduell von der Mitte zu dem äußeren Umfang hin verringert. Wenn der Brechungsindex in der Mitte durch n₁ bezeichnet wird, der niedrigste Brechungsindex an dem äußeren Umfang durch n₂ bezeichnet wird, der Radius durch (a) bezeichnet wird und die Position (oder der Abstand) von der Mitte durch r (0 < r < a) bezeichnet wird, und wenn angenommen wird, dass Δ = (n₁ – n₂)/n₁ ist, werden die Bedingungen, welche die weiteste Bandbreite auf die POF aufgeben, so, dass das Profil des Brechungsindex n(r) durch die folgende Gleichung angenähert wird. n(r) = n1{1 – 2Δ(r/a)2}0,5 (1)
Das heißt, wenn die Werte von n₁, n₂ und (a) bestimmt werden, kann das ideale Profil des Brechungsindex innerhalb der POF gemäß der Gleichung (1) bestimmt werden. Wenn darüber hinaus das Verhältnis des Durchmessers (b) der Spinndüse zu dem Durchmesser (c) der extrudierten und gezogenen POF durch α (α < α = b/c) bezeichnet wird, wird das Profil des Brechungsindex n'(r), welches innerhalb der Spinndüse zu bilden ist (in welcher der Kerndurchmesser αa ist), durch die folgende Gleichung beschrieben. n'(r) = n{1 – 2Δ(r/αa)2}0,5 (2)
Demzufolge kann die radiale Position r_j (j = 1, 2, 3, ...) in der Spinndüse, bei welcher ein Spinnmaterialpolymer j mit einem Brechungsindex n'_j angeordnet ist, durch Substituieren von n'_j für n'(r) und r_j für r in Gleichung (2) bestimmt werden. Auf diese Weise wird die folgende Gleichung erhalten. rj = αa[{1 – (n'j/n1)2}/2Δ]0,5 (3)
In diesem Fall hängt die Zahl (N) der Spinnmaterialschichten von dem Kernradius (αa) innerhalb der Düse und dem Interdiffusionsabstand (L) der Spinnmaterialpolymere ab. Es ist nachvollziehbar, dass N gleich (αa/2L) ist. Wenn (αa) verglichen mit L signifikant groß ist, würde dies eher nicht wünschenswert sein, weil das Zuführen der Spinnmaterialpolymere zu der Düse und die Steuerung der Spinnbedingungen kompliziert werden, so dass ein Anstieg der Produktionskosten hervorgerufen wird. Wenn darüber N << αa/2L ist, wird der Interdiffusionsabstand relativ zu den Dicken der Spinnmaterialschichten kurz. Konsequenter Weise kann das gewünschte Profil des Brechungsindex nicht zufriedenstellend gebildet werden, so dass die sich ergebende POF eine schlechte Übertragungsbandbreite haben wird. Um jedoch hohe Produktionskosten und ein Problem beladenes Produktionsverfahren zu verhindern, wird mehrlagiges Spinnen umfassend etwa 5 bis 10 Schichten von einem praktischen Standpunkt als geeignet angesehen. Die in dieser Art und Weise gebildete POF hat ein einigermaßen stufenweises Profil des Brechungsindex. Ihre Leistungsfähigkeit der Bandbreite erreicht nicht die einer POF mit einem idealen Profil des Brechungsindex der Gleichung (1), erfüllt aber voll die Anforderungen für praktische Zwecke.
Gemäß des Verfahrens für die Bildung der optischen Fasern der vorliegenden Erfindung kann eine mehrkernige Faser ebenso durch Extrudieren solcher mehrlagiger Fasern in simultaner Art und Weise durch eine Mehrzahl von Düsen gebildet werden, die in dichter Nähe zueinander angeordnet sind.
Während die Ausführungsform, in welcher die Zahl (n) der Monomere 3 ist, vorstehend beschrieben wurde, kann der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Mitte und dem äußeren Umfang einer GI Typ POF leicht durch Anheben von n auf 4 oder größer angehoben werden, so dass eine höhere NA leicht erreicht werden kann.
Selbst wenn darüber hinaus die Zahl (n) der Monomere 2 ist, kann eine GI Typ POF mit einem kleinen Streuverlust des Lichts durch Auswählen einer Kombination von zwei Monomeren gebildet werden, welche Homopolymere ergeben, zwischen denen es einen kleinen Unterschied im Brechungsindex gibt.
Als die (Co)Polymere, welche die nicht gemischten Schichten (L_NB) der GI Typ POF der vorliegenden Erfindung aufbauen, können ebenso Terpolymere TP's in Abfolge verwendet werden, um zum Beispiel thermische Beständigkeit und mechanische Festigkeit der POF zu verbessern. Das heißt, Terpolymere TP's, welche von drei Monomeren einschließlich der zwei Monomere, welche die zuvor genannten binären Copolymere CP's aufbauen, hergeleitet werden, können ferner zusätzlich zu den binären Copolymeren CP's verwendet werden. Alternativ können solche Terpolymere TP's anstelle der binären Copolymere CP's verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele dargestellt.
Beispiel 1
Vier monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schließen Glycidylmethacrylat (GMA), welches ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (n_d) von 1,5174 und einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 46°C ergibt, Cyclohexylmethacrylat (CHMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,5066 und einer Tg von 83°C ergibt, MMA, welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,4908 und einer Tg von 112°C ergibt, und Isobutylmethacrylat (IBMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,4770 und einer Tg von 48 bis 53°C ergibt, ein. In jedem der binären Copolymere war folglich der Unterschied im Berechungsindex (Δn_d) zwischen den zwei Homopolymeren wie folgt.
GMA/CHMA (Δn_d = 0,0108)
CHMA/MMA (Δn_d = 0,0158)
MMA/IBMA (Δn_d = 0,0138)
Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Gewichtsprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) GMA/CHMA = 17,44/82,56
2) CHMA
3) CHMA/MMA = 87,05/12,95
4) CHMA/MMA = 71,59/28,41
5) CHMA/MMA = 52,83/47,17
6) CHMA/MMA = 29,58/70,42
7) MMA
8) MMA/IBMA = 73,80/26,20

Monomermischungslösungen wurden durch Zugeben von 500 μl n-Dodecylmercaptan als ein Steuerer für das Molekulargewicht (oder Kettenübertragungsmittel) zu 100 g jedes der Monomere oder Monomermischungen und weiteres Zugeben dazu von 0,11 g Azobis(dimethylvaleronitril) als ein Niedertemperaturinitiator und 8,00 μl Di-tert-butylperoxid als ein Hochtemperaturinitiator präpariert. Um Polymere zu erhalten, die als Spinnmaterialien verwendbar sind, wurden diese Monomermischungslösungen einer zweistufigen Radikalpolymerisation unterzogen. Das heißt, sie wurden unter einer Atmosphäre von Stickstoff bei 70°C für 5 Stunden in einer solchen Art und Weise polymerisiert, dass sie kein Aufschäumen hervorriefen. Nachdem der Grad der Polymerisation 90 Gew.-% oder größer erreichte, wurden sie bei 130°C für 40 Stunden polymerisiert. Die sich ergebenden Polymere hatten ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 100.000 bis 140.000 auf der Grundlage der Messungen durch GPC und deren verbleibender Monomergehalt war 1 Gew.-% oder weniger.
Nachfolgend wurden diese acht Spinnmaterialien zu einem Extruder zugeführt, bei 240°C geschmolzen und durch eine Kompositspinndüse mit einer achtlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur extrudiert. Diese Spinndüse ist so ausgelegt, dass eine achtlagige konzentrische zylindrische Struktur bei einer Position 500 mm vor der Düsenspitze gebildet wird, aus welcher die Faser in ihrem geschmolzenen Zustand extrudiert wird. Darüber hinaus ist diese Düse so hergestellt, dass sich ihr Innendurchmesser graduell über eine Länge von 100 mm, die sich von der zuvor genannten Position in der Richtung der Extrusion erstreckt, verringert. Abschließend verbleibt beginnend von einer Position 400 mm vor der Spitze der Durchmesser der Düse bei 2 mm konstant. Im Grund genommen wird ein graduelles Profil des Brechungsindex durch Polymer-zu-Polymer Interdiffusion kreiert, während die geschmolzenen Polymere durch diesen Abschnitt von 400 mm fließen. Die Temperatur dieses Spinndüsenabschnitts wird strikt durch sein Unterteilen in vier gleiche Unterabschnitte mit einer Länge von 100 mm gesteuert. Die Temperatur des Unterabschnitts von 100 mm, welcher an der Spinndüsenspitze anliegen, wurde auf 230°C eingestellt, um die Stabilität des Spinnens sicherzustellen, und die Temperatur der anderen drei Unterabschnitte wurde auf 240°C eingestellt, um die Polymer-zu-Polymer Interdiffusion zu fördern.
Die Extrusionsgeschwindigkeit der Polymere war 40 mm/min und die Verweilzeit der Polymere in dem Spinndüsenabschnitt mit einem Durchmesser von 2 mm war etwa 10 Minuten. Die extrudierte Faser wurde so gezogen, dass sie einen abschließenden Durchmesser von 1 mm ergab, und mit Hilfe einer Aufwickelmaschine aufgenommen.
Die in der zuvor beschriebenen Art und Weise gebildete POF wurde bei einer Länge von 0,1 km abgeschnitten, um ihre Übertragungsbandbreite bei –3 dB zu messen. So wurde sie mit 900 MHz herausgefunden. Diese Messung der Übertragungsbandbreite wurde bei einer Anfangs-NA von 0,85 unter Verwendung eines optischen Abtastoszillographen (hergestellt von Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) und einer Lichtquelle umfassend einen Halbleiterlaser TOLD 9410 (hergestellt von Toshiba Corp.) mit einer Emissionswellenlänge von 650 nm vorgenommen. Darüber hinaus war ihr Übertragungsverlust 160 dB/km.
Diese Messung des Übertragungsverlustes wurde bei einer Wellenlänge von 650 nm und einer Anfangs-NA von 0,1 gemäß des Rückschnitt-Verfahrens („cut-back method") von 100 m/5 m durchgeführt. Die gleichen Messbedingungen wurden ebenso für die folgenden Beispiele angewendet.
Die numerische Apertur (NA) dieser GI Typ POF war 0,25. Darüber hinaus war die Dicke jeder gemischten Schicht in der POF etwa 1 bis 3 μm
Beispiel 2
Eine mehrkernige Faser mit einer Meer-und-Insel-Struktur wurde unter Verwendung als die Inseln von neun POF's, von denen jede die gleiche wie in Beispiel 1 beschriebene mehrlagige Struktur hatte, angefertigt. Darüber hinaus wurde das aus MMA und IBMA in einem Verhältnis von 73,80:26,20 zusammengesetzte und auf der äußeren Seite in Beispiel 1 angeordnete Copolymer als das Meermaterial verwendet. Demzufolge bestand mit Ausnahme für das Meermaterial die Struktur der Inseln im Wesentlichen aus dem Teil der Faser des Beispiels 1, welches sich von ihrer Mitte zu der siebenten Schicht ausdehnte. Der mittlere Durchmesser der Inseln war etwa 0,5 mm und der Durchmesser der gesamten mehrkernigen Faser war 3,0 mm. Der Übertragungsverlust dieser mehrkernigen Faser war 250 dB/km und ihre Übertragungsbandbreite pro Insel bei einer Länge von 0,1 km war 650 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in der POF war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 3
Drei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (4FM), welches ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (n_d) von 1,4215 und einer Tg von 64°C ergibt, 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (5FM), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,3920 und einer Tg von 67°C ergibt, und 2-(Perfluoroctyl)ethymethacrylat (17FM), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,3732 ergibt, ein. In jedem binären Copolymersystem war folglich der Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen zwei Homopolymeren wie folgt.
4FM/5FM (Δn_d = 0,0295)
5FM/17FM (Δn_d = 0,0188)
Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Gewichtsprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden eine Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) 4FM/5FM = 57,92/42,08
2) 4FM/5FM = 45,86/54,14
3) 4FM/5FM = 34,04/65,96
4) 4FM/5FM = 22,46/77,54
5) 4FM/5FM = 11,12/88,88
6) 5FM
7) 5FM/17FM = 78,67/21,33
8) 5FM/17FM = 62,11/37,89

Gemäß der gleichen Vorgehensweise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird, wurden diese Monomere und Monomereinheiten polymerisiert und gesponnen, um eine POF zu ergeben. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,1 GHz, ihr Übertragungsverlust war 140 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 4
Zwei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM), welches ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (n_d) von 1,4146 und einer Tg von 75°C ergibt, und 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (5FM), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,3920 und einer Tg von 67°C ergibt, ein. In dem binären Copolymer war folglich der Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen den zwei Homopolymeren 0,0226. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Gewichtsprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) 3FM
2) 3FM/5FM = 82,56/17,44
3) 3FM/5FM = 66,46/33,54
4) 3FM/5FM = 51,56/48,44
5) 3FM/5FM = 37,72/62,28
6) 3FM/5FM = 24,83/75,17
7) 3FM/5FM = 12,80/87,20
8) 5FM

Gemäß der gleichen Vorgehensweise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird, wurden diese Monomere und Monomermischungen polymerisiert und gesponnen, um eine POF zu bilden. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,9 GHz, ihr Übertragungsverlust war 110 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 5
Zwei Monomere, das heißt 4FM und 5FM, wurden in diesem Beispiel verwendet. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen. In diesem Fall war der Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen den zwei Homopolymeren 0,0295.

1) 4FM/5FM = 70/30
2) 4FM/5FM = 60/40
3) 4FM/5FM = 50/50
4) 4FM/5FM = 40/60
5) 4FM/5FM = 30/70
6) 5FM/5FM = 20/80
7) 5FM/5FM = 10/90
8) 5FM

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF in der gleichen Art und Weise gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,5 GHz, ihr Übertragungsverlust war 120 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 6
Zwei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen Chlorethylmethacrylat (CEMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,517 und einer Tg von 92°C ergibt, und MMA, welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,491 und einer Tg von 112°C ergibt, ein. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen. In diesem Fall war der Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen den zwei Homopolymeren 0,026.

1) CEMA/MMA = 84/16
2) CEMA/MMA = 72/28
3) CEMA/MMA = 60/40
4) CEMA/MMA = 48/52
5) CEMA/MMA = 36/64
6) CEMA/MMA = 24/76
7) CEMA/MMA = 12/88
8) MMA

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF in der gleichen Art und Weise gebildet, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,2 GHz, ihr Übertragungsverlust war 155 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 7
Drei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen Tetrahydrofurfurylmethacrylat (THFMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,510 und einer Tg von 60°C ergibt, MMA, welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,491 und einer Tg von 112°C ergibt, und Isobutylmethacrylat (IBMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,477 und einer Tg von 48 bis 53°C ergibt, ein. Die folgenden acht Monomere und Monomereinheiten (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) THFMA/MMA = 80/20
2) THFMA/MMA = 60/40
3) THFMA/MMA = 40/60
4) THFMA/MMA = 20/80
5) MMA
6) MMA/IBMA = 80/20
7) MMA/IBMA = 60/40
8) MMA/IBMA = 40/60

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF durch Spinnen von diesen in der gleichen Art und Weise gebildet, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,2 GHz, ihr Übertragungsverlust war 190 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 8
Zwei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen 2-Phenylethylmethacrylat (2-PhEMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,559 ergibt, und MMA, welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,491 und einer Tg von 112°C ergibt, ein. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) 2-PhEMA/MMA = 35/65
2) 2-PhEMA/MMA = 30/70
3) 2-PhEMA/MMA = 25/75
4) 2-PhEMA/MMA = 20/80
5) 2-PhEMA/MMA = 15/85
6) 2-PhEMA/MMA = 10/90
7) 2-PhEMA/MMA = 5/95
8) MMA

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF durch Spinnen derselben in der gleichen Art und Weise gebildet, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,3 GHz, ihr Übertragungsverlust war 200 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 9
Zwei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen 2,2,2-Trifluor-1-trifluormethylethylmethacrylat (iso-6FM), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,380 und einer Tg von 78°C ergibt, und 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM), welches ein Homopolymer einem n_d von 1,415 und einer Tg von 75°C ergibt, ein. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) 3FM
2) iso-6FM/3FM = 10/90
3) iso-6FM/3FM = 20/80
4) iso-6FM/3FM = 30/70
5) iso-6FM/3FM = 40/60
6) iso-6FM/3FM = 50/50
7) iso-6FM/3FM = 60/40
8) iso-6FM/3FM = 70/30

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF durch Spinnen derselben in der gleichen Art und Weise gebildet, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,0 GHz, ihr Übertragungsverlust war 130 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 10
Zwei monomere Komponenten wurden in diesem Beispiel verwendet. Diese schlossen Chlorethylmethacrylat (CEMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,517 und einer Tg von 92°C ergibt, und Methylmethacrylat (MMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,491 und einer Tg von 112°C ergibt, ein. Die folgenden sechs Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen, wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) CEMA/MMA = 80/20
2) CEMA/MMA = 64/36
3) CEMA/MMA = 48/52
4) CEMA/MMA = 32/68
5) CEMA/MMA = 16/84
6) MMA

Jede dieser sechs Monomere und Monomermischungen wurde thermisch polymerisiert, bis ein Grad der Polymerisation von etwa 50 erreicht war. Auf diese Weise wurden hochviskose gemischte Monomer/Polymer Sirups präpariert.
Nachfolgend wurden nach der Zugabe eines Photopolymerisationsinitiators diese sechs gemischten Sirupe in die gleiche mehrlagige Spinndüse, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, mit der Ausnahme zugeführt, dass die Spinndüse eine sechslagige konzentrische zylindrische Struktur hatte und ihre Temperatur auf 40°C eingestellt wurde. Nach dem Extrudieren wurden die zuvor genannten Sirupe durch UV-Bestrahlung photopolymerisiert. Auf diese Weise wurde ihre Polymerisation abgeschlossen, um eine POF zu bilden.
Die Übertragungsbandbreite dieser POF hat 2,1 GHz, ihr Übertragungsverlust war 140 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
Beispiel 11
Drei monomere Komponenten wurde in diesem Beispiel verwendet. Sie schlossen Cyclohexylmethacrylat (CHMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,5066 und einer Tg von 83°C ergibt, MMA, welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,491 und einer Tg von 112°C ergibt, und Isobutylmethacrylat (IBMA), welches ein Homopolymer mit einem n_d von 1,477 und einer Tg von 48 bis 53°C ergibt, ein. Die folgenden acht Monomere und Monomermischungen (mit in Molprozent ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) CHMA/IBMA/MMA = 70/10/20
2) CHMA/IBMA/MMA = 60/20/20
3) CHMA/IBMA/MMA = 50/30/20
4) CHMA/IBMA/MMA = 40/40/20
5) CHMA/IBMA/MMA = 30/50/20
6) CHMA/IBMA/MMA = 20/60/20
7) CHMA/IBMA/MMA = 10/70/20
8) CHMA/IBMA/MMA = 0/80/20

Unter Verwendung der sich ergebenden acht Polymere als Spinnmaterialien wurde eine POF durch Spinnen derselben in der gleichen Art und Weise gebildet, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Übertragungsbandbreite dieser POF war 1,1 GHz, ihr Übertragungsverlust war 180 dB/km und die Dicke jeder gemischten Schicht war etwa 1 bis 3 μm.
AUSWERTBARKEIT IN DER INDUSTRIE
Die vorliegende Erfindung kann die GI Typ POF's mit einem kleinen Streuverlust des Lichts und einer relativ großen numerischen Apertur zur Verfügung stellen.

Claims

Optische Gradientenfaser mit einer Mehrschichtstruktur, die eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten nicht gemischten Grundschichten aufweist, wobei jede der nicht gemischten Grundschichten aus einem einzelnen (Co)polymer gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus zwei oder mehr jeweils aus Monomeren M1, ..., Mn hergeleiteten Homopolymeren HP1, ..., HPn, in welchen n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, und die Brechungsindizes haben, die in dieser Abfolge abnehmen, und aus einem oder mehreren aus zwei oder drei der Monomere hergeleiteten Copolymeren CP besteht, wobei die Mehrschichtstruktur so ist, dass eine gemischte Schicht, die aus einer Mischung von zwei (Co)polymeren besteht, die zwei benachbarte nicht gemischte Grundschichten aufbauen, dazwischen gebildet ist, und der Brechungsindex in der Mitte der Faser am höchsten ist und graduell zum äußeren Umfang hin abnimmt.
Optische Faser nach Anspruch 1, in welcher jede der nicht gemischten Grundschichten aus einem einzelnen (Co)polymer gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem oder mehreren Copolymeren, die aus Monomeren einschließlich M1 und M2 gebildet sind und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben, einem oder mehreren Copolymeren, die aus Monomeren einschließlich M2 und M3 gebildet sind und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben, und Homopolymeren HP1, HP2 und HP3 besteht, wobei die drei Monomere M1, M2 und M3 jeweils ein Homopolymer mit einer Glasübergangstemperatur von 70°C oder darüber ergeben.
Optische Faser nach Anspruch 1, welche drei oder mehr konzentrisch angeordnete nicht gemischte Grundschichten aufweist, die jeweils aus Copolymeren gebildet sind, die aus zwei Monomeren hergeleitet sind, welche jeweils ein Homopolymer mit einer Glasübergangstemperatur von 70°C oder darüber ergeben, und welche verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben.
Optische Faser nach Anspruch 1, in welcher die nicht gemischten Grundschichten jeweils aus (Co)polymeren gebildet sind, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus einem oder mehreren Copolymeren, welche aus Monomeren einschließlich M1 und M2 gebildet sind und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben, einem oder mehreren Copolymeren die aus Monomeren einschließlich M2 und M3 gebildet sind und verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben, und Homopolymeren HP1, HP2 und HP3 besteht, wobei die drei Monomere M1, M2 und M3 Homopolymere ergeben, in welchen der Unterschied im Brechungsindex zwischen jedem von zwei Homopolymeren 0,03 oder weniger ist.
Optische Faser nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, welche drei oder mehr konzentrisch angeordnete nicht gemischte Grundschichten aufweist, die jeweils aus Copolymeren gebildet sind, welche aus Monomeren hergeleitet sind, die zwei Monomere einschließen, welche Homopolymere mit einem Unterschied im Brechungsindex von 0,03 oder weniger ergeben und welche verschiedene Copolymerisationsverhältnisse und Brechungsindizes haben.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher die Copolymere binäre Copolymere sind, die aus zwei der Monomere gebildet sind.
Optische Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterschied im Brechungsindex zwischen den (Co)polymeren, welche jegliche benachbarte nicht gemischte Grundschichten aufbauen, 0,016 oder weniger ist.
Optische Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche aus Copolymeren gebildet ist, die aus drei Fluoralkyl(meth)acrylaten hergeleitet sind.
Optische Faser nach Anspruch 1, welche aus (Co)polymeren gebildet ist, die aus zwei Fluoralkyl(meth)acrylaten hergeleitet sind.
Optische Faser nach Anspruch 1, welche aus (Co)polymeren gebildet ist, die aus einer Kombination von Methylmethacrylat und einem Monomer, das aus Chlorethylmethacrylat und 2-Phenylethylmethacrylat ausgewählt wird, hergeleitet sind.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7 welche aus (Co)polymeren gebildet ist, die aus einer Kombination von Monomeren hergeleitet sind, die aus Chlorhexylmethacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Isobutylmethacrylat und Methylmethacrylat ausgewählt werden.
Optische Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher n mindestens 3 ist und in welcher die Copolymere CP aus binären Copolymeren, die aus zwei der Monomere gebildet werden, und ternären Terpolymeren, die aus drei der Monomere gebildet werden, ausgewählt werden.
Optische Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen den (Co)polymeren, welche jegliche benachbarte nicht gemischte Grundschichten aufbauen, nicht größer als 20 Mol-% ist.
Optische Mehrkernfaser mit einer Meer-und-Inselstruktur, welche eine Inselkomponente, die aus der wie in Patentanspruch 1 beanspruchten optischen Gradientenfaser aufgebaut ist, und eine Meerkomponente, in welcher eine Mehrzahl der Inselkomponenten angeordnet sind, aufweist.