DE69838518T2

DE69838518T2 - Lichtleitfaser mit Brechungsindexgradient

Info

Publication number: DE69838518T2
Application number: DE69838518T
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Otake-shi Yamashita; Haruko Otake-shi Miyauchi; Yasushi Otake-shi Kawarada; Kazuki Otake-shi Nakamura; Norizi Yokohama-shi Oishi
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: EP1026525B1; JP3916304B2; DE69838518D1; US6529665B1; EP1026525A4; WO1999005548A1; CN1119676C; DE69838554T2; AU8358298A; CA2297159A1; EP1176437B1; AU736819B2; EP1176437A3; EP1026525A1; DE69838554D1; EP1176437A2; KR20040004477A; CN1269019A; JPH1195045A; KR100401150B1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf eine optische Kunststoffgradientenfaser, die als ein optisches Kommunikationsmedium verwendet werden kann.
Stand der Technik
Optische Kunststoffgradientenfasern (nachstehend bezeichnet als „GI Typ POFs") mit einer radialen Brechungsindexverteilung, bei denen der Brechungsindex allmählich von der Mitte zu der äußeren Peripherie der optischen Faser abnimmt, haben eine höhere Frequenzbandbreite als optische Stufenfasern, und folglich erwartet man von ihnen, dass sie als optische Kommunikationsmedien verwendbar sind.
In dem Fall von GI Typ POFs muss eine mit einer großen numerischen Apertur (NA) und einem so kleinen Übertragungsverlust wie möglich zu dem Zweck gebildet werden, ihren Biegeverlust und ihren Kopplungsverlust mit der Lichtquelle zu verbessern. Um die NA zu erhöhen, müssen die GI Typ POFs so konstruiert sein, dass der maximale Unterschied im Brechungsindex (Δn_d) zwischen der Mitte und der äußeren Peripherie der optischen Faser ausreichend groß ist.
Verschiedene Verfahren, solche GI Typ POFs herzustellen, sind bekannt. Sie enthalten, z. B. (1) ein Verfahren, welches umfasst, Bereitstellen zweier Monomere, die unterschiedliche Reaktivitätsverhältnisse haben und Homopolymere mit unterschiedlichen Brechungsindices ergeben, Anordnen dieser Monomere in einem zylindrischen Behälter, der aus einem Polymer dieser Monomere gefertigt ist, um zu bewirken, dass das Polymer aufgelöst wird und anschwillt, Polymerisieren der Monomere, und dann Ziehen des resultierenden Produkts ( JP-A-61-130904 ); (2) ein Verfahren, welches umfasst, Herstellen einer Mehrzahl von Polymermischungen durch Verwenden von zwei Polymeren mit unterschiedlichen Brechungsindices bei verschiedenen Mischungsverhältnissen, Spinnen dieser Polymermischungen, um eine mehrlagige Faser zu bilden, und dann Wärmebehandeln dieser Faser, um eine Zwischendiffusion zwischen benachbarten Schichten zu bewirken ( JP-A-1-265208 ); und (3) ein Verfahren, welches umfasst Wickeln von aus einer Mehrzahl von binären Copolymeren mit unterschiedlichen Copolymerisationsverhältnissen gebildeten Filmen und Ziehen des resultierenden Laminats unter erwärmten Bedingungen ( JP-B 55-15684 ).
Außerdem ist, um einen durch Aussetzen einem thermischen Verlauf hervorgerufenen Übertragungsverlust zu minimieren, eine optische Stufenfaser bekannt (4), bei der eine Anpassungsschicht, die stufenweise Änderungen im Brechungsindex aufweist, zwischen der Kernschicht und der Mantelschicht ( JP-A 5-232337 ) angeordnet ist,, der wird. Weiterhin sind optische Stufenfasern bekannt, bei denen Harze mit unterschiedlichen Brechungsindices laminiert werden, um eine stufenweise Brechungsindexverteilung zu erzeugen ( JP-A 9-133818 und JP-A-9-133819 ).
JP-A-09-133820 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer GI optischen Faser mit einem niedrigen Übertragungsverlust. Der Brechungsindex der resultierenden optischen Faser zeigt eine stufenweise Abnahme von der Mitte in radialer Richtung, entsprechend den Harzschichten.
EP-A-0497984 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer multimodalen optischen Transmission auf einem aus einem transparenten synthetischen Harz gefertigten Medium. Es beschreibt, dass die Verteilung eines Brechungsindex fortlaufend entlang einer festen Richtung verändert werden kann. Dieses Dokument beschreibt des Weiteren, dass es wünschenswert ist das Vorhandensein von verbliebenem Monomer zu minimieren, um die mechanischen Eigenschaften zu maximieren.
EP-A-0488390 beschreibt eine optische Faser, die komplett aus Kunststoff ist, die Kern- und Mantelbestandteile umfasst. In einer Ausführungsform hat die optische Faser aus Kunststoff eine konzentrische dreilagige Struktur, wobei eine Schutzschicht auf der Mantelschicht vorgesehen ist.
Die durch die oben beschriebenen Verfahren (1) und (2) hergestellten GI Typ POFs haben den Nachteil, da alle Schichten durch Polymermischungen gebildet werden, dass eine nichteinheitliche Struktur aufgrund einer mikroskopischen Phasentrennung dazu neigt, in diesen POFs hergestellt zu werden, und folglich zeigen diese POFs einen großen Lichtstreuverlust auf. Andererseits weisen die GI Typ POFs, die durch das Verfahren (3) hergestellt wurden und aus Styrol-Methylmethacrylat-Copolymeren oder dergleichen bestehen, einen großen Lichtstreuverlust, weil der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Copolymeren, die benachbarte Schichten der mehrlagigen Faser bilden, zu groß ist (z. B. 0,02).
In dem Verfahren (3) wird auch ein Vorschlag zu POFs gemacht, die durch Wickeln von Filmen hergestellt werden, die aus binären Copolymeren aus Vinylchlorid [Tg (Glasübergangstemperatur von seinem Polymer) = 77°C] und Vinylacetat (Tg = 27°C) gebildet sind, oder Filmen, die aus binären Copolymeren von Ethylen (Tg = –23°C) und Vinylacetat oder Ethylmethacrylat (Tg = 65°C) oder Vinylchlorid gebildet sind. Wenn allerdings versucht wird, solche POFs mit einer hohen NA zu bilden, werden einige Schichten eine niedrige Glasübergangstemperatur haben. Folglich können Unregelmäßigkeiten im Durchmesser der Faser und der Schichtstruktur während des Formens gebildet werden, oder Unregelmäßigkeiten der Schichtstruktur können aufgrund von Beanspruchungen oder Belastungen infolge von Biegen, Verdrehen und einer anderen während einer Handhabung nach dem Spinnen applizierten Deformation gebildet werden, was in einer Erhöhung des Übertragungsverlusts der POF resultiert. Außerdem werden die POFs eine bemerkenswerte Verringerung in der Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme zeigen, was eine Leistungseigenschaft ist, die von einem praktischen Gesichtspunkt aus benötigt wird, und in einem erhöhten Übertragungsverlust resultiert.
Bezüglich der optischen Stufenindexfaser in (4) ist des Weiteren die POF, die durch Verwenden eines Copolymers aus Benzylmethacrylat (Tg = 54°C) und Methylmethacrylat (Tg = 112°C) hergestellt ist, wie in JP-A-5-232337 offenbart, so, dass das Verhältnis der Monomere um die Mitte der POF 10:1 ist, und die Tg der Copolymerschicht 60°C oder niedriger ist. Aus den oben beschriebenen Gründen ist der Übertragungsverlust dieser POF so groß wie 680 dB/km und außerdem hat diese POF eine schlechte praktische Leistung im Hinblick auf die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme. Die in JP-A 9-133818 und JP-A 9-133819 offenbarten optischen Fasern haben des Weiteren auch ähnliche Probleme, weil in JP-A 9-133818 um die Mitte herum ein Homopolymer aus Benzylmethacrylat verwendet wird, und in JP-A 9-133819 an der äußeren Peripherie ein Homopolymer aus 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (Tg = 75°C) verwendet wird.
WO-A-97/36196 offenbart eine optische Gradientenfaser, die eine mehrlagige Struktur aufweist, die eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, aus (Co)Polymeren gebildeten Schichten umfasst. Dieses Dokument ist gemäß Art 54(3) EPÜ Stand der Technik. Die mehrlagige Struktur ist so, dass eine gemischte Schicht, die aus den (Co)Polymeren besteht, die zwei benachbarte Schichten bilden, dazwischen gebildet wird. Der Brechungsindex ist in der Mitte am höchsten und nimmt stufenweise zu der äußeren Peripherie ab. Dieses Dokument enthält Ausführungsformen, in denen die Glasübergangstemperatur aller Schichten über 80°C ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine POF mit einer hohen Bandbreite bereitzustellen, die einen geringen Übertragungsverlust zeigt, eine relativ große numerische Apertur und eine herausragende Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme hat.
Die obige Aufgabe wird erreicht durch eine optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur umfassend eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten, aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex ist in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten und nimmt schrittweise zur äußeren Peripherie davon ab, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten, nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist;
alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und
die Menge an in jedem (Co)polymer der mehrlagigen Struktur vorhandenem(n), verbliebenen Monomer(en) nicht größer als 0,5 Gew.% ist.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur bereit, wobei die mehrlagige Struktur eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten, aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex ist in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten und nimmt schrittweise zur äußeren Peripherie davon ab, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten, nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist;
alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und
die Menge an in jedem (Co)polymer der mehrlagigen Struktur vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens nicht größer als 150 ppm ist.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur bereit, wobei die mehrlagige Struktur eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten, aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex ist in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten und nimmt schrittweise zur äußeren Peripherie davon ab, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten, nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist;
alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und
eine oder mehren Umhüllungsschichten auf der äußeren Peripherie der mehrlagigen Struktur gebildet ist/sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) bis (c) veranschaulichen eine POF gemäß der vorliegenden Erfindung, die POF weist eine fünflagige Struktur auf, die drei nichtvermischte Schichten LNBs und zwei nicht gemischte Schichten LB umfasst. 1(a) ist eine Schnittansicht der POF, 1(b) ist eine Längsschnittansicht davon, und 1(c) ist ein Diagramm, das die Verteilung der Brechungsindices in einer radialen Richtung zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Als bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die folgenden zwei typischen Ausführungsformen angegeben.
Eine optische Faser mit einer mehrlagigen Struktur umfasst eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten Schichten, gebildet aus (Co)Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei Homopolymeren HP1 und HP2, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 bzw. M2 zusammengesetzt sind, und einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 und M2 zusammengesetzt ist (das binäre Copolymer CP1/2 enthält eine Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen und verschiedenen Brechungsindices), jedes Paar von benachbarten, nicht gemischten Schichten weist dazwischen eine gemischte Schicht auf, die aus den die beiden benachbarten, nicht gemischten Schichten aufbauenden (Co)Polymeren gebildet ist.
Eine optische Faser mit einer mehrlagigen Struktur, umfassend eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten Schichten, gebildet aus (Co)Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus drei Homopolymeren HP1, HP2 und HP3, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2 bzw. M3 zusammengesetzt sind, und einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 und M2 zusammengesetzt ist, und einem binären Copolymer CP2/3, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M2 und M3 zusammengesetzt ist (jedes der binären Copolymere CP1/2 und CP2/3 beinhaltet eine Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen und verschiedenen Brechungsindices), jedes Paar von benachbarten, nicht gemischten Schichten hat dazwischen eine gemischte Schicht, die aus den die beiden benachbarten, nicht gemischten Schichten aufbauenden (Co)Polymeren gebildet ist.
In der vorliegenden Erfindung stellt HP ein Homopolymer dar, CP stellt ein binäres Copolymer dar, BP stellt eine Mischung von zwei (Co)Polymeren dar, LNB stellt eine nichtgemischte Schicht dar, die aus einem einzelnen (Co)Polymer gebildet ist, und LB stellt eine gemischte Schicht dar, die aus einer Mischung von zwei (Co)Polymeren gebildet ist.
Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird zuerst eine Beschreibung der Ausführungsform gegeben, bei der die Anzahl (n) von Monomeren 3 ist (d. h. es sind drei Arten von monomeren Einheiten vorhanden). Wo die Anzahl (n) von Monomeren 3 ist, können drei Homopolymere HP1, HP2 und HP3 aus Einheiten von Monomeren M1, M2 bzw. M3 hergestellt werden. Außerdem können zwei Serien von binären Copolymeren CPs aus M1- und M2-Einheiten oder aus M2- und M3-Einheiten hergestellt werden. Es ist bevorzugt, diese (Co)Polymere so auszuwählen, dass jedes CP (oder HP) eine gute Kompatibilität mit anderem CP (oder HP) aufweist.
In dieser Ausführungsform werden Polymere mit höheren Brechungsindices hergestellt als ein Homopolymer HP1, das aus M1-Einheiten zusammengesetzt ist, Copolymere CPs, die aus M1- und M2-Einheiten bei verschiedenen molaren Verhältnissen zusammengesetzt sind, oder Polymermischungen BPs, die aus den Homopolymeren HP1 und HP2 bei verschiedenen Mischungsverhältnissen zusammengesetzt sind. Andererseits werden Polymere mit niedrigeren Brechungsindices hergestellt als ein Homopolymer HP3, das aus M3-Einheiten zusammengesetzt ist, Copolymere CPs, die aus M3- und M2-Einheiten bei verschiedenen molaren Verhältnissen zusammengesetzt sind, oder Polymermischungen BPs, die aus den Homopolymeren HP3 und HP2 bei verschiedenen Mischungsverhältnissen zusammengesetzt sind.
Die mehrlagige Struktur einer POF gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus nicht gemischten Schichten LNBs mit gewünschten Dicken, und gemischten Schichten LBs mit gewünschten Dicken, wie in 1(a) bis (c) dargestellt, gebildet. Jede nicht gemischte Schicht LNB ist eine Schicht, die aus einem einzelnen (Co)Polymer gebildet ist, und jede gemischte Schicht LB ist eine Schicht, die aus einer gemischten BP von den zwei (Co)Polymeren, die die nicht gemischten, an beiden Seiten davon angeordneten Schichten aufbauen, gebildet ist.
Wenn die Anzahl der nicht gemischten Schichten LNBs erhöht wird, kann eine Struktur, die im Wesentlichen keine gemischte Schicht LB hat, eingesetzt werden. Wenn allerdings die Anzahl von nicht gemischten Schichten LNBs klein ist, und gemäß der Erfindung, ist es notwendig, eine oder mehrere gemischte Schichten LBs zu bilden, und außerdem die Dicke TB von gemischten Schichten LBs zu erhöhen, so dass ein abrupter Wechsel im Brechungsindex vermieden werden kann.
1(a) bis (c) veranschaulichen eine POF mit einer fünflagigen Struktur, die drei nicht gemischte Schichten LNBs und zwei gemischte Schichten LBs umfasst. 1(a) ist eine Schnittansicht der POF. 1(b) ist eine Längsschnittansicht davon, und 1(c) ist ein Diagramm, das die Verteilung der Brechungsindices in einer radialen Richtung zeigt. Wie aus 1(c) ersichtlich ist, bleibt der Brechungsindex in nicht gemischten Schichten LNBs konstant, während er sich in gemischten Schichten LBs stufenweise ändert. Wenn die gesamte Anzahl von Schichten erhöht wird, wird die Brechungsindexverteilung in der gesamten POF glatter.
Eine glattere Brechungsindexverteilung ist für den Zweck bevorzugt, die Lichtübertragungsbandbreite zu erhöhen. Wenn allerdings der Anteil von gemischten Schichten LBs in der POF zu hoch ist, wird deren Lichtübertragungsverlust erhöht. Demzufolge wird das Profil der Brechungsindexverteilung unter Berücksichtigung einer Balance zwischen der Größe der Lichtübertragungsbreite und der Stärke des Lichtübertragungsverlustes ausgewählt.
Außerdem kann eine Umhüllungsschicht oder eine Mantelschicht auf der äußeren Peripherie der GI Typ POF der 1(a) bis (c) gebildet werden. Diese Umhüllungsschicht oder Mantelschicht kann eine mehrlagige Struktur haben, die zwei oder mehr Schichten umfasst. Um die Mantelschicht zu bilden, können jegliche bekannten Materialien, wie etwa Polyethylen, Polyvinylchlorid, chloriertes Polyethylen, vernetztes Polyethylen, Polyolefinelastomere, Polyurethane, Nylonharze und Ethylen-Vinylacetat-Copolymere verwendet werden.
In Anbetracht dessen, dass die mehrlagige POF der vorliegenden Erfindung ein Kernabschnitt sein soll, der hauptsächlich als ein Lichtübertragungspfad verwendet wird, kann eine Umhüllungsschicht zusätzlich auf der äußeren Peripherie davon gebildet werden. Auch in diesem Fall kann die Umhüllungsschicht eine mehrlagige Struktur haben, die zwei oder mehr Schichten umfasst. Jedes bekannte Harz kann für die Umhüllungsschicht verwendet werden, und die Art des verwendeten Harzes kann geeignet gemäß den Eigenschaften, die der POF mitgegeben werden sollen, und dergleichen bestimmt werden. Um den Biegeverlust der POF zu verringern, wird bevorzugt, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen der innersten Schicht der Umhüllungsschicht und der äußersten Schicht der optischen Faser nicht geringer als 0,001 ist. Im Hinblick auf den Brechungsindex wird bevorzugt, z. B. ein Tetrafluorethylen-Vinyliden-Fluorid-Copolymer, ein Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer, oder ein Polymer, welches die Einheiten von α-Fluoracrylat umfasst, als das Umhüllungsmaterial zu verwenden.
Außerdem wird bevorzugt, ein Tetrafluorethylen-Vinyliden-Fluorid-Copolymer, ein Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer, oder dergleichen zu verwenden, um die wiederholten Durchbiegungseigenschaften zu verbessern. Es wird bevorzugt, ein Polymer mit Sauerstoffsperrschichteigenschaften, wie etwa ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, zu verwenden, um die Wärmebeständigkeit zu verbessern. Es wird bevorzugt, ein Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer oder dergleichen zu verwenden, um eine Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verleihen.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Material, das für die Umhüllungsschicht verwendet wird, für die Bildung einer Mantelschicht verwendet werden. Außerdem können zwei oder mehr POFs zusammen mit einer Mantelschicht beschichtet werden.
Als Nächstes werden die BPs, welche die gemischten Schichten LBs aufbauen, erklärt. Verglichen mit HPs und CPs neigen BPs im Allgemeinen dazu, Fluktuationen im Brechungsindex zu induzieren, und zu einer Struktur, welche eine Phasenseparierung beinhaltet (nachstehend passend bezeichnet als „eine nichteinheitliche Struktur"). Folglich wird der Lichtstreuungsverlust der gesamten POF erhöht, wenn der Anteil von LBs in der POF höher wird.
Außerdem sind BPs im Allgemeinen in der thermischen Stabilität der Struktur niedriger als HPs und CPs. Wenn folglich die POF in einer Region mit einer relativ hohen Temperatur für einen langen Zeitraum verwendet wird, fördert die Gegenwart eines hohen Anteils von LBs in der POF die Bildung einer nichteinheitlichen Struktur, und folglich wird eine Erhöhung im Lichtstreuverlust hervorgerufen.
Folglich wird bevorzugt, dass der Anteil von LBs in der POF niedriger ist und die Dicke (TB) von jeder LB auch kleiner ist, da der Lichtstreuungsverlust der gesamten POF erhöht wird, wenn der Anteil von LBs in der POF höher wird. Obwohl TB im Allgemeinen gemäß der radialen Position von LB variieren kann und auch von der gewünschten Bandbreitenleistung und der Anzahl von Schichten abhängen kann, ist TB bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,3 μm bis 100 μm, und weiter bevorzugt ungefähr 1 μm bis 10 μm.
Es wird auch bevorzugt, dass die HP und CP, oder CP und CP, die jede LB bilden, eine gute Kompatibilität aufweisen, und der Unterschied im Brechungsindex dazwischen ausreichend klein ist.
Die (Co)Polymere, die nicht gemischte Schichten von einer GI Typ POF gemäß der vorliegenden Erfindung aufbauen, haben eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher. Wenn Tg unzulässig niedrig ist, wird die gesamte POF eine Verringerung in der Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme zeigen, und ihr Übertragungsverlust wird folglich in einer Betriebsumgebung, die eine relativ hohe Temperatur zusammen mit Feuchtigkeit aufweist, erhöht. Genauer, da ein Niedrig-Tg-Polymer sehr leicht beweglich ist, wird eine neue, nichteinheitliche Struktur gebildet werden, infolge z. B. einer Phasentrennung in den LBs, was zu einem erhöhten Streuverlust führt. Da außerdem ein Niedrig-Tg-Polymer dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beweglichkeit von niedrigmolekularen Substanzen (z. B. Wassermoleküle) im Polymer deutlich erhöht ist, wird in einer Feuchtigkeitswärmeumgebung Feuchtigkeit sehr einfach in die POF eindringen. Dies wird infolge der Gegenwart von Wasser eine Erhöhung im Molekular-Vibrations-Absorptions-Verlust und eine Erhöhung im Streuverlust infolge der Bildung einer neuen, nichteinheitlichen Struktur hervorrufen, als Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Wasser und verbliebenem(n) Monomer(en) oder verbliebenen Polymerisationshilfsmitteln und der Deformation einer Faser.
Dementsprechend, unter Berücksichtigung einer Widerstandstemperaturgrenze von ungefähr 70°C, welche bei den postulierten üblichen Betriebsbedingungen erforderlich ist, ist es notwendig, dass die (Co)Polymere, die alle LNBs der GI Typ POF aufbauen, jeweils eine Tg von 80°C oder höher aufweisen, vorzugsweise 90°C oder höher, weiter bevorzugt 95°C oder höher, und noch weiter bevorzugt 100°C oder höher.
Wenn Monomere, die Homopolymere mit einem großen Unterschied in Tg ergeben, verwendet werden, hängt die Tg eines binären Copolymers daraus größtenteils von deren Copolymerisationsverhältnis ab. Bezüglich der beiden Arten von monomeren Einheiten, die jede der binären Copolymere, welche LNBs bilden, aufbauen, wird bevorzugt, dass die Homopolymere, die aus jeder Art von monomeren Einheiten zusammengesetzt sind, beide eine Tg von 80°C oder höher aufweisen. Allerdings, gestattet man, dass die Tg von einem Homopolymer niedriger ist als 80°C, kann ein binäres Copolymer, das aus beiden Arten von monomeren Einheiten zusammengesetzt ist, eine Tg von 80°C oder höher aufweisen, wenn der Gehalt der besagten monomeren Einheiten in dem binären Copolymer niedrig ist und das Homopolymer, das aus den anderen monomeren Einheiten zusammengesetzt ist, eine ausreichend hohe Tg aufweist.
Wenn eine POF gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwenden eines Monomers M1, welches ein Homopolymer mit einer hohen Tg ergibt, und eines Monomers M2, welches ein Homopolymer mit einer niedrigen Tg ergibt, hergestellt wird, wird bevorzugt, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Homopolymeren HP1 und HP2 ausreichend groß ist. Wenn Z. B. HP1 eine Tg von ungefähr 100°C aufweist und HP2 eine Tg von ungefähr 50°C aufweist, muss der Gehalt von M2-Einheiten in einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten dieser beiden Monomere zusammengesetzt ist, verringert werden, um sein Tg auf 80°C oder höher einzustellen. Folglich wird es schwierig sein, die NA der gesamten POF zu erhöhen, wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 klein ist.
Die Beziehung des Unterschieds im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 zu dem Unterschied in einer Glasübergangstemperatur zwischen diesen wird nun nachstehend mit Bezug auf das besagte binäre Copolymer genauer beschrieben.
Eine Diskussion einer GI Typ POF, die hergestellt wurde durch Verwenden eines Vinylmonomers M1, das in der Lage ist, HP1 mit einer Glasübergangstemperatur Tg₁ und einem Brechungsindex n₁ zu ergeben, und eines Vinylmonomers M2, das in der Lage ist, HP2 mit einer Glasübergangstemperatur Tg₂ und einem Brechungsindex n₂ (vorausgesetzt, dass Tg₁ < Tg₂ und n₁ < n₂) zu ergeben, wird gemacht. Dann wird die Glasübergangstemperatur Tg_1/2 eines Copolymers CP1/2 durch die folgende Formel (2) genähert und der Brechungsindex n_1/2 eines Copolymers CP1/2 wird durch die folgende Formel (3) genähert. Außerdem wird die NA einer POF, die aus HP1 und CP1/2 gebildet ist, durch die folgende Formel (4) dargestellt. Tg1/2 = Tg1 + ΔTg·V2 (2) n1/2 = n1 + Δn·V2 (3) (NA)2 = n1/2 2 – n1 2 (4)wobei ΔTg = Tg₂ – Tg₁, Δn = n₂ – n₁, und V2 das Volumen der Fraktion von M2 ist (V1 + V2 = 1).
Wenn eine Einschränkung, definiert durch Tg_1/2 ≥ 80°C, auf die Glasübergangstemperatur des Copolymers auferlegt ist, ist in Formel (1) die Beziehung zwischen Δn, ΔTg und NA durch die folgende Formel (5) dargestellt. ΔTg ≥ (80 – Tg1)·Δn ÷ {–n1 + (n1 2 + (NA)2)0,5} (5)
Wenn eine POF mit einer NA von 0,3 durch Verwenden von Methylmethacrylat (mit n₁ = 1,492 und Tg₁ = 112°C) als M1 und eines Materials mit n₂ = 1,442 (d. h., Δn = 0,05) als M2 erzeugt wird, ist aus Formel (4) ersichtlich, dass ΔTg = –53°C ist. Folglich ist es notwendig, ein Material (M2) zu verwenden, welches der Bedingung, definiert durch Tg₂ ≥ 112 – 53 = 59°C, genügt.
In dem Fall einer GI Typ POF, die durch Verwenden von drei Monomeren M1, M2 und M3 hergestellt wird, ist auch dieselbe Diskussion auf CP1/2 und CP2/3 anwendbar.
Wenn drei oder mehr Monomere verwendet werden, ist es einfacher, einen großen Unterschied im Brechungsindex zwischen dem (Co)Polymer, welches die innerste Schicht aufbaut, und dem (Co)Polymer, welches die äußerste Schicht aufbaut, zu erhalten, wobei dieser Unterschied die NA der POF definiert. Es ist folglich bevorzugt, eine große Anzahl von Monomeren für die Bildung der Copolymere, die eine POF aufbauen, zu verwenden. Allerdings wird während einer Herstellung mehr Arbeit benötigt, wenn die Anzahl der Monomere größer wird. Obwohl die Anzahl der verwendeten Monomere geeignet gemäß den erwünschten Eigenschaften für die POF, die hergestellt werden soll, den Herstellungskosten und dergleichen bestimmt werden kann, ist es eine übliche Praxis, zwei oder drei Monomere zu verwenden.
Als Nächstes werden die Polymere (d. h., HPs und CPs), die nichtgemischte Schichten LNBs aufbauen, erklärt. Es wird bevorzugt, dass die (Co)Polymere, die LNBs in der POF aufbauen, einen kleinen Lichtstreuverlust aufweisen. Um (Co)Polymere zu erhalten, die einen kleinen Lichtstreuverlust aufweisen, ist es im Wesentlichen erwünscht, die Polymere (oder Monomere) so auszuwählen, 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 CP, welches aus M1- und M2-Einheiten aufgebaut ist, beträchtliche Fluktuationen im Brechungsindex zeigt, und folglich eine Erhöhung des Lichtstreuverlusts der POF hervorruft.
Allerdings, selbst für den Fall von Polymeren, die infolge eines großen Unterschieds im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 oder zwischen HP3 und HP2 einen großen Streuverlust nach einer Polymerisation zeigen, kann es möglich sein, dass wenn sie zuletzt für einen vorbestimmten Zeitraum während der Bildung einer POF in einem geschmolzenen Zustand gehalten werden, ihre nichteinheitliche Struktur in einer kurzen Zeitdauer (innerhalb der Schmelzspinnzeit) verschwindet, um Polymere zu ergeben, die einen geringen Streuverlust aufweisen.
Es wird angenommen, dass die benötigte Zeit für das Verschwinden der besagten nichteinheitlichen Struktur und der Level des Streuverlusts nach einer Verbesserung größtenteils von der Kompatibilität zwischen Materialien, wie etwa HP1/HP2 oder HP2/HP3, und dem Zustand der nichteinheitlichen Struktur der gebildeten Copolymere unmittelbar nach Polymerisation abhängig sind.
Wo die POF durch Verwenden zweier Monomere M1 und M2 gebildet wird, ist der Unterschied im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 vorzugsweise nicht niedriger als 0,05, und weiter bevorzugt nicht niedriger als 0,06. Ähnlich, wo die POF durch Verwenden dreier Monomere M1, M2 und M3 gebildet ist, sind die Unterschiede im Brechungsindex zwischen HP1 und HP2 und zwischen HP2 und HP3 vorzugsweise nicht niedriger als 0,05, und weiter bevorzugt nicht niedriger als 0,06.
In optischen Fasern, die durch Verwenden zweier Monomere M1 und M2 gebildet werden, enthalten Copolymere, die diese Bedingungen erfüllen, diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1 und M2 erhalten werden, bei der M2 Methylmethacrylat ist (nd = 1,492, Tg = 112°C) und M1 Betzylmethacrylat (nd = 1,569, Tg = 54°C), Phenoxyethylmethacrylat (nd = 1,560, Tg = 30°C), Vinylbenzoat (nd = 1,579, Tg = 75°C), Phenylmethacrylat (nd = 1,572, Tg = 120°C), 1-Phenylethylmethacrylat, 2-Phenylethylmethacrylat (nd = 1,559, Tg = 30°C), Styrol (nd = 1,59, Tg = 100°C) oder α-Methylstyrol (Tg = 102°C) ist.
Außerdem, wo fluorierte Monomere als Copolymerisationsbestandteile verwendet werden, zeigen sie eine geringe Absorption aufgrund molekularer Vibrationen und können folglich den Übertragungsverlust der POF bedeutend verringern. Solche Copolymere enthalten diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1 und M2 erhalten werden, in welcher M2 Methylmethacrylat ist und M2 ein Fluoralkyl(meth)acrylat oder ein Fluoralkyl-α-fluoracrylat ist. Diese Copolymere haben einen geringen Streuverlust und sind folglich bevorzugt.
Beispiele des Fluoralkyl(meth)acrylats enthalten 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (Tg = 75°C, nd = 1,415), 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (Tg = 64°C, nd = 1,422), 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (Tg = 67°C, nd = 1,392), 2,2,2-Trifluor-1-trifluormethylethylmethacrylat (Tg = 78°C, nd = 1,381), 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylmethacrylat (Tg = 49°C, nd = 1,402), 2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluorpentylmethacrylat (Tg = 32°C, nd = 1,393), 1H,1H,7H-Dodecafluorheptylmethacrylat (Tg = 13°C), 1H,1H,9H-Hexadecafluornonylmethacrylat (Tg = –15°C), 2-(Perfluorbutyl)ethylmethacrylat, 2-(Perfluorhexyl)ethylmethacrylat und 2-(Perfluoroctyl)ethylmethacrylat (nd = 1,37).
Beispiele von dem Fluoralkyl-α-fluoracrylat enthalten 2,2,2-Trifluorethyl-α-fluoracrylat (Tg = 123°C, nd = 1,385), 2,2,3,3-Tetrafluorpropyl-α-fluoracrylat (Tg = 95°C, nd = 1,398) und 2,2,3,3,3-Pentafluorpropyl-α-fluoracrylat (Tg = 110°C, nd = 1,366).
Außerdem enthalten solche Copolymere diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1 und M2 erhalten werden, in welcher M1 ein Fluoralkyl-α-fluoracrylat, α-Fluoracrylat (Tg = 140°C, nd = 1,460), Pentafluorphenylmethacrylat ((Tg = 125°C, nd = 1,487), Pentafluorphenyl-α-fluoracrylat (Tg = 160°C, nd = 1,465) oder Pentafluorphenylmethylmethacrylat (Tg = 110°C, nd = 1,480) ist, und M2 ein Fluoralkylmethacrylat ist. Diese Copolymere weisen auch einen kleinen Streuverlust auf und sind folglich bevorzugt.
Des Weiteren enthalten solche Copolymere diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1 und M2 erhalten werden, in welcher M1 Benzylmethacrylat ist und M2 α-Fluoracrylat, Pentafluorphenylmethacrylat, Pentafluorphenyl-α-fluoracrylat oder Pentafluorphenylmethylmethacrylat ist. Diese Copolymere weisen auch einen kleinen Streuverlust auf und sind folglich bevorzugt.
In optischen Fasern, die durch Verwenden von drei Monomeren M1, M2 und M3 gebildet werden, enthalten Copolymere, die die oben genannten Anforderungen erfüllen, diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1, M2 und M3 erhalten werden, in welcher M1 Phenoxyethylmethacrylat, Vinylbenzoat, Phenylmethacrylat, Benzylmethacrylat, 1-Phenylethylmethacrylat, 2-Phenylethylmethacrylat, Styrol oder α-Methylstyrol ist, M2 Methylmethacrylat ist, und M3 ein Fluoralkyl(meth)acrylat, ein Fluoralkyl-α-fluoracrylat, α-Fluoracrylat, Pentafluorphenyl-α-fluoracrylat, Pentafluorphenylmethacrylat oder Pentafluorphenylmethylmethacrylat ist. Diese Copolymere weisen auch einen geringen Streuverlust auf und sind folglich bevorzugt.
Außerdem enthalten solche Copolymere diejenigen, die durch Verwenden einer Kombination von M1, M2 und M3 erhalten werden, in welcher M1 Benzylmethacrylat ist, M2 Methylmethacrylat ist, und M3 ein Fluoralkyl(meth)acrylat, ein Fluoralkyl-α-fluoracrylat, α-Fluoracrylat, Pentafluorphenyl-α-fluoracrylat, Pentafluorphenylmethacrylat oder Pentafluorphenylmethylmethacrylat ist. Diese Copolymere haben auch einen geringen Streuverlust und sind folglich bevorzugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine optische Faser durch Verwenden dreier Monomere M1, M2 und M3 gebildet, so dass sie eine mehrlagige Struktur aufweist, in welcher M2 Methylmethacrylat ist und LNBs, die aus einem oder mehr CP1/2, HP2 und einem oder mehr CP2/3 gebildet sind, in dieser Reihenfolge konzentrisch angeordnet sind. D. h., diese optische Faser enthält eine PMMA-Schicht und MMA-Einheiten enthaltende Copolymerschichten, die an der Innenseite und der Außenseite davon angeordnet sind.
Wenn MMA-Einheiten, die als ein Hoch-Tg-Bestandteil fungieren, enthalten sind, können die (Co)Polymere, die verschiedene Schichten aufbauen, sehr einfach gestaltet werden, so dass sie eine hohe Tg aufweisen, selbst wenn die anderen in den Copolymeren enthaltenen monomeren Einheiten eine niedrige Tg aufweisen. Es wird bevorzugt, dass MMA-Einheiten in einer Menge von nicht weniger als 50 Gew.-% enthalten sind, weil die resultierenden Copolymere einen weiteren Anstieg in einer Tg und eine weitere Verbesserung einer mechanischen Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme zeigen. Es wird weiter bevorzugt, dass MMA-Einheiten in einer Menge von nicht weniger als 60 Gew.-% enthalten sind.
Außerdem ist in einer mehrlagigen POF, die gemischte Schichten LBs enthält, ein abrupter Wechsel im Brechungsindex bei den Grenzflächen zwischen gemischten Schichten LBs und nicht gemischten Schichten LNBs unterdrückt, wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen benachbarten, nicht gemischten Schichten LNBs kleiner wird, und dies verringert Lichtstreuverluste an den Grenzflächen. Demzufolge wird es bevorzugt, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen nicht gemischten Schichten LNBs so klein wie möglich ist. Insbesondere ist der Unterschied im Brechungsindex vorzugsweise nicht größer als 0,016, und weiter bevorzugt nicht größer als 0,008.
Es wird auch bevorzugt, dass BPs, die gemischte Schichten LBs in der POF aufbauen, einen kleinen Lichtstreuverlust aufweisen. Eine Mischung, die einen geringen Lichtstreuverlust aufweist, kann durch Verbessern der gegenseitigen Kompatibilität der (Co)Polymere, die gemischt werden, erhalten werden.
Ein bevorzugtes Mittel zu diesem Zweck ist es, die CPS, die benachbarte, nichtgemischte Schichten LNBs aufbauen, so auszuwählen, dass diese aus den gleichen Arten von monomeren Einheiten zusammengesetzt sind, aber unterschiedliche Copolymerisationsverhältnisse aufweisen. Es wird zusätzlich weiter bevorzugt, den Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen diesen CP (oder HP) und CP zu minimieren. In einer gemischten BP, zusammengesetzt aus (Co)Polymeren, zwischen denen ein großer Unterschied im Copolymerisationsverhältnis ist, sind die Eigenschaften eines CP (oder HP) im Wesentlichen unterschiedlich von denen des anderen CP. Folglich ist ihre gegenseitige Kompatibilität verringert und eine nichteinheitliche Struktur neigt dazu, in der BP hergestellt zu werden, was in einem erhöhten Lichtübertragungsverlust der POF resultiert. Eigentlich wird der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis bei einem Wert bestimmt, der kein Problem für praktische Zwecke verursacht, unter Berücksichtigung der Anteile von gemischten Schichten LBs in der gesamten POF.
Die folgende Tabelle 1 zeigt isotrope Lichtübertragungsverluste bei einer Wellenlänge von 650 nm für BPs, die durch Auswählen zweier Elemente von unterschiedlichen HPs und CPs mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Mischen von diesen bei einem Verhältnis von 50/50 (Gew.-%) hergestellt werden. Die besagten HPs und CPs wurden von M1, das 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM) oder 2,2,3,3,-Tetrafluorpropylmethacrylat (4FM) umfasst, und M2, das 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (5FM) umfasst, gebildet.
In dieser Tabelle ist das (Co)Polymer, das aus M1 und M2 gebildet wird, das Homopolymer HP1 von M1, wenn der Gehalt von M2 0 Mol-% ist, und das Homopolymer HP2 von M2, wenn der Gehalt von M1 0 Mol-% ist. Der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen zwei Copolymeren 1 und 2 mit unterschiedlichen Copolymerisationsverhältnissen wird durch den Unterschied im molaren Gehalt (%) von M1 oder M2 ausgedrückt.

Tabelle 1 deutet an, dass wenn das Copolymerisationsverhältnis eines CP (oder HP) näher an dem des anderen damit gemischten CP ist, weist die resultierende BP einen geringeren isotropen Lichtstreuverlust auf. Bezüglich M1 oder M2 ist der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis vorzugsweise nicht größer als 20 Mol-%, weiter bevorzugt nicht größer als 15 Mol-%, und noch weiter bevorzugt nicht größer als 10 Mol-%. Wenn der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis sehr klein ist, kann es allerdings notwendig sein, die Anzahl von (Co)Polymerschichten zu dem Zweck zu erhöhen, um die gewünschte NA der optischen Faser beizubehalten. Tabelle 1

Monomere M1/M2	Monomerverhältnis von Copolymer 1 (Mol-%)	Monomerverhältnis von Copolymer 2 (Mol-%)	Unterschied im M1-Gehalt zwischen Copolymer 1 und 2 (Mol-%)	Isotroper Lichtstreuverlust einer Mischung von Copolymeren 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	> 10000 (trüb)
3FM/5FM	50/50	100/0	50	> 10000 (trüb)
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	> 10000 (trüb)
4FM/5FM	50/50	100/0	50	> 10000 (trüb)

Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Anzahl (n) an Monomeren 3 ist, oben beschrieben wurde, ist diese Beschreibung auch anwendbar auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen n 2 ist oder n 4 oder größer ist.
Andererseits ist eine numerische Apertur (NA) durch die folgende Formel (1) definiert. NA = (n0 2 – nr 2)0,5 (1),wobei n₀ den Brechungsindex an der Mitte eines Querschnitts der optischen Faser darstellt und n_r den Brechungsindex bei einem bewegten Radius r von der Mitte darstellt.
D. h., die NA der gesamten POF ist durch den Wert definiert, der durch Substituieren des Brechungsindex bei der äußersten Schicht der POF für n_r erhalten wird. Durch Verringern dieser NA, wird Licht von höheren Moden (d. h., Licht, welches eine spätere Ankunftszeit aufweist), das sich durch die POF fortpflanzt, verringert, um deren Bandbreitenleistung zu verbessern. Wenn die NA einer POF verringert wird, neigt allerdings ein Biegen der Faser dazu, ein Leck von sich fortpflanzendem Licht aus der Faser zu verursachen, und folglich eine Erhöhung im Übertragungsverlust (Biegeverlust). Solche Biegeverlusteigenschaften werfen aus einem praktischen Gesichtspunkt ein beträchtliches, wichtiges Problem auf.
Folglich wird nachstehend eine Technik zur Reduzierung eines Biegeverlusts beschrieben, während eine hohe Bandbreitenleistung beibehalten wird.
Eine Diskussion einer POF-Struktur, die durch Anordnen einer doppelten Umhüllungsschicht (bestehend aus einer ersten und einer zweiten Umhüllungsschicht) auf das Äußere einer mehrlagigen POF gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wird gemacht. Dann wird eine NA basierend auf dem Kern und der ersten Umhüllungsschicht aus dem Brechungsindex n₀ der Mitte und dem Brechungsindex der ersten Umhüllungsschicht gemäß der Formel (1) bestimmt. Angenommen, dass dieser Wert von NA 0,3 ist, ist NA bei der ersten Umhüllungsschicht 0,3. Wenn die zweite Umhüllungsschicht zusätzlich an der Außenseite davon angeordnet ist, kann NA ähnlich aus dem Brechungsindex der Mitte und dem Brechungsindex der zweiten Umhüllungsschicht gemäß der Formel (1) bestimmt werden. Angenommen, dass dieser Wert von NA 0,5 ist, kann auf die gleiche Weise wie oben gesehen werden, dass NA bei der zweiten Umhüllungsschicht 0,5 ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es beabsichtigt, dass eine Schicht, die aus einem Material mit einem Übertragungsverlust von nicht weniger als 500 dB/km gebildet ist und eine Dicke von 5 μm bis 50 μm aufweist, als die erste Umhüllungsschicht verwendet wird, und eine Schicht, die eine Dicke von 5 μm bis 50 μm aufweist, aber ohne Einbeziehung einer Begrenzung eines Übertragungsverlustes von seinem Material, als die zweite Umhüllungsschicht verwendet wird.
Herausragende Merkmale der POF mit der oben beschriebenen Struktur werden nachstehend beschrieben.
Offensichtlich ist die NA der gesamten POF 0,5. In der Praxis ist allerdings der Verlust in der ersten Umhüllungsschicht so groß, dass Licht von höheren Moden, welches sich durch diese Schicht fortpflanzt, zu einem beträchtlichen Ausmaß abgeschwächt wird. Folglich ist es möglich eine POF zu erhalten, die eine hohe Bandbreitenleistung beibehält, die im Wesentlichen einer NA von 0,3 entspricht. In dieser Verbindung übt die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch die Abschwächung von höheren Moden in der ersten Umhüllungsschicht verursacht wird, keinen grundsätzlichen Einfluss auf den Übertragungsverlust der gesamten POF aus. Der Grund dafür ist, dass die erste Umhüllungsschicht sehr dünn ist und folglich ihre Effizienz bei einer Verwendung als Übertragungspfades niedrig ist. Wenn diese Schichten unangemessen dünn sind, werden allerdings höhere Moden nicht ausreichend abgeschwächt und die effektive NA wird größer als 0,3 werden, was in einer verringerter Bandbreitenleistung resultiert.
Wenn die Faser mit der oben beschriebenen Struktur lokal gebogen wird, tritt allerdings eine nennenswerte Menge von dem sich fortpflanzenden Licht durch die dünne erste Umhüllungsschicht in den gebogenen Bereich hindurch, und erreicht die zweite Umhüllungsschicht. Da eine NA bei der zweiten Umhüllungsschicht so groß wie 0,5 ist, wird allerdings ein bisschen von dem besagten sich fortpflanzenden Licht, welches durch die erste Umhüllungsschicht hindurchgetreten ist, vollständig reflektiert und in die Mitte der POF zurückgeführt, was zum Auftreten einer Modenrückkopplung führt. Dies reduziert den Verlust von sich fortpflanzendem Licht und bewirkt eine merkliche Verbesserung im Biegeverlust. Wenn die erste und zweite Umhüllungsschicht übermäßig dick sind, wird allerdings die durch diese Schichten verursachte Erhöhung im Verlust unerwünschterweise den Verlust der POF selbst betreffen oder den Effekt einer Verbesserung der Biegeverlusteigenschaften verringern.
Eine NA bei der ersten Umhüllungsschicht ist geeignet in dem Bereich von 0,2 bis 0,35, und bevorzugt 0,25 bis 0,3. Die Dicke von dieser Schicht ist geeignet in dem Bereich von 5 μm bis 50 μm, und bevorzugt 10 μm bis 20 μm. NA bei der zweiten Umhüllungsschicht ist geeignet in dem Bereich von 0,4 bis 0,6, und bevorzugt 0,45 bis 0,55. Die Dicke von dieser Schicht ist geeignet in dem Bereich von 5 μm bis 50 μm, und bevorzugt 10 μm bis 20 μm.
Während die besagten ersten und zweiten Umhüllungsschichten definiert und getrennt von dem copolymerischen, mehrlagigen Kern gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist es möglich den Kern so zu bilden, dass er Schichten enthält, die auf die gleiche Weise wie die erste und zweite Umhüllungsschicht fungieren.
Des Weiteren, die optische Faser der vorliegenden Erfindung kann geeignet verwendet werden, um optische Fasern mit einer hohen Bandbreite für Kommunikationszwecke zu konstruieren, bei denen ihr Übertragungsverlust bei einer Wellenlänge von 650 nm nicht größer als 250 dB/km ist, ihre gemessene Bandbreite bei einer Entfernung von 50 m nicht weniger als 400 MHz ist, und die Erhöhung in ihrem Übertragungsverlust, wenn sie in einer Feuchtigkeitswärmeatmosphäre bei 65°C und 95% RH für 1000 h gehalten werden, nicht größer ist als 50 dB/km.
Während einkernige POFs oben beschrieben wurden, werden auch POFs mit einer mehrkernigen Struktur in der vorliegenden Erfindung betrachtet. D. h., sie sind mehrkernige optische Fasern mit einer See-und-Insel-Struktur, in der eine Mehrzahl von mehrlagigen optischen Fasern, wie oben beschrieben, in einem als Träger dienenden Polymer angeordnet sind.
Da jede in der POF vorhandene verbliebene(n) Monomer(e) und verbliebenes Kettenübertragungsreagens ihre Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswärme verringern wird, wird es bevorzugt, diese Reste wenn möglich zu verringern. Die Menge an verbliebenem(n) Monomer(en) wird bevorzugt auf 0,5 Gew.-% oder weniger verringert, und weiter bevorzugt auf 0,2 Gew.-% oder weniger. Andererseits wird die Menge an verbliebenem Kettentransferreagens (z. B., n-Butylmercaptan oder n-Octylmercaptan) bevorzugt auf 150 ppm oder weniger verringert, weiter bevorzugt 100 ppm oder weniger, und noch weiter bevorzugt 10 ppm oder weniger.
Außerdem kann die POF der vorliegenden Erfindung geeignet verwendet werden, um mehrkernige optische Fasern aufzubauen, jede umfassend eine Mehrzahl von optischen Fasern, angeordnet in einem als Träger dienenden Polymer, als auch als optische Faserkabel, jedes umfassend eine optische Faser (oder mehrkernige optische Faser) mit einer Mantelschicht, gebildet an der Außenseite davon, und optische Faserkabel, jedes umfassend eine Mehrzahl von optischen Fasern (oder mehrkernigen optischen Fasern), die durch eine Mantelschicht gebündelt sind. Des Weiteren können sie als gesteckte optische Faserkabel, jedes umfassend ein optisches Faserkabel mit einem an einer oder beiden Enden davon angebrachten Stecker, verwendet werden.
Obwohl keine bestimmte Begrenzung auf das Verfahren eines Fertigen der POFs der vorliegenden Erfindung auferlegt ist, können sie, z. B. gemäß dem folgenden Verfahren, gefertigt werden.
Zuallererst wird eine Reaktionsmischung aus einer Monomermischung für die Bildung eines Copolymers, welches jede Schicht aufbaut, einem Polymerisationsinitiator, und dergleichen hergestellt und einer Polymerisationsreaktion unterzogen. Obwohl keine bestimmte Begrenzung auf die eingesetzte Polymerisationstechnik auferlegt ist, ist eine Blockpolymerisation oder dergleichen bevorzugt. Außerdem wird ein Kettenübertragungsreagens bevorzugt verwendet, um das Molekulargewicht zu regeln. Zu diesem Zweck können jegliche bekannten Polymerisationsinitiatoren und Kettenübertragungsreagenzien verwendet werden.
Nachdem die so hergestellten Spinnmaterialien wie benötigt durch Filtration gereinigt worden sind, werden sie einer Composit-Spinndüse mit einer konzentrischen, zylindrischen Struktur, so dass der Brechungsindex zu der äußeren Peripherie abnimmt, zugeführt und dadurch in einem geschmolzenen Zustand gesponnen. Wo es gewünscht ist Umhüllungsschichten auf der Faser zu bilden, wird es bevorzugt in diesem Schritt die Ausgangsmaterialien der Umhüllungsschichten der Spinndüse zuzuführen. Die Spinntemperatur ist bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 180 bis 280°C, und die Schmelzviskositäten der Spinnmaterialien sind bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1000 bis 100000 Poises. Die Anzahl von Schichten in der POF kann durch Ändern der Anzahl von Schichten in der Composit-Spinndüse beliebig geregelt werden.
Die so extrudierte Faser kann wie benötigt gezogen werden, um eine POF gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die gemischten Schichten werden gebildet, indem z. B. die geschmolzenen Spinnmaterialien, welche benachbarte Schichten aufbauen, innerhalb der Spinndüse miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Dicke (TB) der gemischten Schichten wird erhöht, wenn die Kontaktzeit der geschmolzenen Spinnmaterialien länger wird, und wird verringert, wenn die Kontaktzeit kürzer wird. Die gemischten Schichten werden auch durch Tempern der Faser nach einem Extrudieren gebildet. Außerdem kann die so erhaltene POF mit einer Mantelschicht geeignet beschichtet werden. Die Mantelschicht kann gemäß einem beliebigen bekannten Verfahren gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht.
Beispiel 1
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54°C ergibt, und Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, hergestellt. Die folgenden fünf Monomere und Monomermischungen (mit in Mol-% ausgedrückten Mischungsverhältnissen) wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen. Während einer Polymerisation wurde n-Butylmercaptan [3000 ppm/Monomer(e)] als ein Kettenübertragungsreagens verwendet.

1) BzMA/MMA = 24/76 [Tg (des Copolymers) = 91°C; MMA-Gehalt = 64 Gew.-%]
2) BzMA/MMA = 17/83 (Tg = 96°C)
3) BzMA/MMA = 11/89 (Tg = 97°C)
4) BzMA/MMA = 5/95 (Tg = 102°C)
5) MMA (Tg = 112°C)

Die durch diese Monomermischungen hergestellten (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000, wie durch GPC gemessen.
Dann wurden diese fünf Spinnmaterialien einem Extruder zugeführt, der ausgerüstet mit einer Entgasungsvorrichtung ist, und dann zu einer Composit-Spinndüse mit einer fünflagigen konzentrischen zylindrischen Struktur bei 240°C zugeführt. Die in dem Spinnmaterial verbliebenen Monomere und das Kettenübertragungsreagens wurden fast vollständig unmittelbar vor der Spinndüse entfernt. Die Menge an verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer unmittelbar vor der Spinndüse vorhanden war, war nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die darin vorhandene Menge von verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Dann wurden diese fünf Spinnmaterialien dem Extruder bei 240°C zugeführt, geschmolzen und durch eine Composit-Spinndüse mit einer fünflagigen konzentrischen zylindrischen Struktur extrudiert. Diese Spinndüse war eine, die so gestaltet war, dass eine fünflagige konzentrische zylindrische Struktur mit einem Durchmesser von 3 mm bei einer Position 300 mm vor der Düsenspitze, von der eine Faser in ihrem geschmolzenen Zustand extrudiert wird, gebildet wird. Die Düsentemperatur der Spitze (d. h., die Spinntemperatur) war 230°C. Die Verweildauer der Polymere in der Spinndüse war ungefähr 5 min. Die extrudierte Faser wurde gezogen, so dass ein endgültiger Durchmesser von 1 mm erhalten wurde, und durch eine Aufwickelmaschine aufgenommen.
Die auf die oben beschriebene Weise erzeugte POF wurde bei einer Länge von 50 m verwendet, um ihre –3 dB-Bandbreite zu messen. Es wurde folglich gefunden, dass sie 870 MHz ist. Diese Bandbreitenmessung wurde durch Verwendung eines optischen Proben-Oszilloskops (hergestellt von Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) und eines Halbleiterlasers TOLD 9410 (hergestellt von Toshiba Corp.) mit einer Emissionswellenlänge von 650 nm als eine Lichtquelle gemacht. Außerdem wurde ihr Übertragungsverlust bei einer Wellenlänge von 650 nm und einer Anregungs-NA von 0,4 gemessen, gemäß des 52 m/2 m Abbauverfahrens. Es wurde folglich gefunden, dass ihr Übertragungsverlust 170 dB/km ist. Die Dicke von jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm.
Wenn unter Testbedingungen, die eine Temperatur von 65°C und eine relative Feuchtigkeit (RH) von 95 beinhalten, ein Feuchtigkeitswärmetest durchgeführt wurde, war die Erhöhung im Übertragungsverlust nach 1000 h so gering wie 20 dB/km.
Beispiel 2
(Co)Polymere wurden durch Verwenden dreier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54°C ergibt, Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (4FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,422 und einem Tg von 64°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) BzMA/MMA = 17/83 (Tg = 97°C; MMA-Gehalt = 74 Gew.-%)
2) BzMA/MMA = 8/92 (Tg = 105°C)
3) MMA (Tg = 112°C)
4) MMA/4FM = 93/7 (Tg = 106°C)

Jedes von diesen Monomeren und jede dieser Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der resultierenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge an verbliebenem(n) Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge von darin vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 155 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 720 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so gering wie 20 dB/km.
Beispiel 3
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Pentafluorphenylmethacrylat (PFMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,487 und einem Tg von 125°C ergibt, und 2,2,3,3-Tetrafluropropylmethacrylat (4FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,422 und einem Tg von 64°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) PFMA (Tg = 125°C)
2) PFMA/4FM = 84/16 (Tg = 117°C)
3) PFMA/4FM = 68/32 (Tg = 109°C)
4) PFMA/4FM = 54/46 (Tg = 101°C)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der resultierenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge an verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge von darin vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 95 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 700 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm, und die Zunahme im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95 RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 30 dB/km.
Beispiel 4
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat (4FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,422 und einem Tg von 64°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) MMA (Tg = 112°C)
2) MMA/4FM = 93/7 (Tg = 106°C)
3) MMA/4FM = 85/15 (Tg = 100°C)
4) MMA/4FM = 76/24 (Tg = 94°C; MMA-Gehalt = 61 Gew.-%)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der resultierenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge an verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge an darin vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 140 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 700 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 25 dB/km.
Beispiel 5
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,415 und einem Tg von 75°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) MMA (Tg = 112°C)
2) MMA/3FM = 92/8 (Tg = 107°C)
3) MMA/3FM = 83/17 (Tg = 102°C)
4) MMA/3FM = 73/27 (Tg = 97°C; MMA-Gehalt = 61 Gew.-%)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der resultierenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge an verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge von darin vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 150 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 730 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 22 dB/km.
Beispiel 6
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,3,3,3-Pentafluorpropylmethacrylat (5FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,392 und einem Tg von 67°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) MMA (Tg = 112°C)
2) MMA/5FM = 94/6 (Tg = 107°C)
3) MMA/5FM = 87/13 (Tg = 102°C)
4) MMA/5FM = 80/20 (Tg = 97°C; MMA-Gehalt = 64 Gew.-%)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der sich ergebenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge von verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-% und die Menge von darin vorhandenem verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 135 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 690 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 21 dB/km.
Beispiel 7
(Co)Polymere wurden durch Verwenden zweier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54°C ergibt, und Pentafluorphenylmethacrylat (PFMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,487 und einem Tg von 125°C ergibt, hergestellt. Die folgenden vier Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) BzMA/PFMA = 46/54 (Tg = 99°C)
2) BzMA/PFMA = 32/68 (Tg = 107°C)
3) BzMA/PFMA = 17/83 (Tg = 116°C)
4) PFMA (Tg = 125°C)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der sich ergebenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge von verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge von darin vorhandenem verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 100 dB/km und ihre Bandbreite bei 50 m war 710 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in dieser POF war ungefähr 1 μm bis 2 μm und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 23 dB/km.
Beispiel 8
(Co)Polymere wurden durch Verwenden dreier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54 °C ergibt, Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2-Perfluoroctylethylmethacrylat (17FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,373 und einer kristallinen Schmelztemperatur (Tm) von 92°C ergibt, hergestellt. Die folgenden fünf Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen.

1) BzMa/MMA = 17/83 (Tg = 97°C; MMA-Gehalt = 74 Gew.-%)
2) BzMA/MMA = 8/92 (Tg = 105°C)
3) MMA (Tg = 112°C)
4) MMA/17FM = 98/2 (Tg = 100°C) [für die Bildung einer ersten Umhüllungsschicht]
5) MMA/17FM = 91/9 (Tg = 73°C; MMA-Gehalt = 65 Gew.-%) [für die Bildung einer zweiten Umhüllungsschicht]

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der sich ergebenen (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer fünflagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde.
Wenn der Übertragungsverlust bezüglich des MMA/17FM-Copolymers, welches für die vierte Schicht von der Mitte der POF verwendet wurde (d. h., eine Schicht entsprechend einer NA von 0,31), gemessen wurde, war er 1000 dB/km. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge an verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge an darin vorhandenem verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 170 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 760 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht war ungefähr 1 μm bis 2 μm, und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 15 dB/km. Die erste Umhüllungsschicht hatte eine Dicke von 10 μm und einen Brechungsindex von 1,48, und die zweite Umhüllungsschicht hatte eine Dicke von 10 μm und einen Brechungsindex von 1,45.
Beispiel 9
(Co)Polymere wurden durch Verwenden dreier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54°C ergibt, Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,2-Trifluormethylmethacrylat (3FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,415 und einem Tg von 75°C ergibt, hergestellt. Die folgenden drei Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen. Während einer Polymerisation wurde Di-t-Butylperoxid als ein Polymerisationsinitiator verwendet und n-Octylmercaptan [3000 ppm/Monomer(en)] wurde als ein Kettenübertragungsreagens verwendet.

1) BzMA/MMA = 12/88 (Tg = 100°C; MMA-Gehalt = 80 Gew.-%)
2) MMA (Tg = 112°C)
3) MMA/3FM = 86/14 (Tg = 105°C; MMA-Gehalt = 80 Gew.-%)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der sich ergebenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer dreilagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde, und die (Co)Polymere der Spinndüse bei einer Temperatur von 230°C zugeführt wurden. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge von verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-%, und die Menge von darin vorhandenem verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 127 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 442 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht war ungefähr 1 μm bis 2 μm, und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführt Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 20 dB/km.
Beispiel 10
Eine POF wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 gefertigt, außer dass zusätzlich zu den drei in Beispiel 9 verwendeten Spinnmaterialien ein Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer, das als Ausgangsmaterial für die Bildung einer Umhüllungsschicht dient, zu einer Composit-Spinndüse mit einer vierlagigen konzentrischen zylindrischen Struktur zugeführt wurde. Das Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer wurde als eine vierte Schicht zugeführt. Die so erhaltene POF zeigte eine weitere Verbesserung in Biegeverlusteigenschaften und wiederholten Durchbiegeeigenschaften gegenüber der POF von Beispiel 9.
Beispiel 11
(Co)Polymere wurden durch Verwenden dreier monomerer Bestandteile enthaltend Benzylmethacrylat (BzMA), das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex (nd) von 1,569 und einem Tg von 54°C ergibt, Methylmethacrylat (MMA), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,492 und einem Tg von 112°C ergibt, und 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat (3FM), das ein Homopolymer mit einem nd von 1,415 und einem Tg von 75°C ergibt, hergestellt. Die folgenden fünf Monomere und Monomermischungen wurden einer Polymerisationsreaktion unterzogen. Während einer Polymerisation wurde Azobis(2,4,4-trimethylpentan) als ein Polymerisationsinitiator verwendet, und n-Butylmercaptan [3000 ppm/Monomer(en)] wurde als ein Kettenübertragungsreagens verwendet.

1) BzMA/MMA = 12/88 (Tg = 100°C; MMA-Gehalt = 80 Gew.-%)
2) BzMA/MMA = 6/94 (Tg = 106°C)
3) MMA (Tg = 112°C)
4) 3FM/MMA = 7/93 (Tg = 108°C)
5) 3FM/MMA = 14/86 (Tg = 105°C; MMA-Gehalt = 80 Gew.-%)

Jedes von diesen Monomeren und Monomermischungen wurde polymerisiert. Dann wurde eine POF durch Schmelzspinnen der sich ergebenden (Co)Polymere auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass eine Composit-Spinndüse mit einer fünflagigen konzentrischen zylindrischen Struktur verwendet wurde, und die (Co)Polymere der Spinndüse bei einer Temperatur von 220°C zugeführt wurden. Die (Co)Polymere hatten eine massegemittelte Molekülmasse von ungefähr 80000 bis 90000. Unmittelbar vor der Spinndüse war die Menge von verbliebenem Monomer(en), das in jedem (Co)Polymer vorhanden ist, nicht größer als 0,2 Gew.-% und die Menge von darin vorhandenem verbliebenem Kettenübertragungsreagens war nicht größer als 1 ppm.
Der Übertragungsverlust dieser POF war 135 dB/km, und ihre Bandbreite bei 50 m war 853 MHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht war ungefähr 1 μm bis 2 μm, und die Erhöhung im Übertragungsverlust, die durch einen bei 65°C und 95% RH für 1000 h durchgeführten Feuchtigkeitswärmetest verursacht wird, war so klein wie 20 dB/km.
Beispiel 12
Eine POF wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass zusätzlich zu den fünf in Beispiel 11 verwendeten Spinnmaterialien ein Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer, welches als ein Ausgangsmaterial für die Bildung einer Umhüllungsschicht dient, zu einer Composit-Spinndüse mit einer sechslagigen konzentrischen zylindrischen Struktur zugeführt wurde. Das Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer als eine sechste Schicht wurde zugeführt. Die so erhaltene POF zeigte eine weitere Verbesserung in Biegeverlusteigenschaften und wiederholten Durchbiegeeigenschaften gegenüber der POF von Beispiel 1.
Beispiele 13 und 14
Optische Faserkabel mit einem Durchmesser von 2,2 mm wurden durch weiteres Beschichten jeder der POFs von Beispiel 10 und 12 mit Polyethylen gefertigt. Die so erhaltenen optischen Faserkabel zeigten eine weitere Verbesserung in Umweltbeständigkeitseigenschaften, wie etwa Hitzebeständigkeit.
Beispiel 15
Eine mehrkernige Faser mit einer See-und-Insel-Struktur wurde durch Verwenden von sieben POFs, als die Inseln, mit der gleichen mehrlagigen Struktur wie in Beispiel 1 beschrieben gefertigt. In diesem Beispiel wurde MMA, das in Beispiel 1 die äußerste Schicht aufbaut, als das See-Material verwendet. Außer für das See-Material, bestand die Struktur der Inseln demzufolge im Wesentlichen aus dem Teil der Faser von Beispiel 1, sich erstreckend von ihrer Mitte bis zu der vierten Schicht. Der durchschnittliche Durchmesser der Inseln war ungefähr 0,5 mm und der Durchmesser der gesamten mehrkernigen Faser war 2,0 mm.
Der Übertragungsverlust dieser mehrkernigen Faser war 190 dB/km und ihre Übertragungsbandbreit pro Insel bei 50 m war 0,9 GHz. Die Dicke jeder gemischten Schicht in den POFs war ungefähr 1 μm bis 3 μm.

Claims

Optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur, wobei die mehrlagige Struktur eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten, aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten ist und schrittweise zur äußeren Peripherie davon abnimmt, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist; alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und die Menge an in jedem (Co)polymer der mehrlagigen Struktur vorhandenem(n), verbliebenen Monomer(en) nicht größer als 0,5 Gew.% ist.
Optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur, wobei die mehrlagige Struktur eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten ist und schrittweise zur äußeren Peripherie davon abnimmt, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist; alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und die Menge an in jedem (Co)polymer der mehrlagigen Struktur vorhandenem, verbliebenem Kettenübertragungsreagens nicht größer als 150 ppm ist.
Optische Gradientenfaser mit einer mehrlagigen Struktur, wobei die mehrlagige Struktur eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, nicht gemischten aus (Co)polymeren gebildeten Schichten (LNBs) umfasst, und der Brechungsindex in der Mitte der mehrlagigen Struktur am höchsten ist und schrittweise zur äußeren Peripherie davon abnimmt, die (Co)polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zwei oder mehr Homopolymeren HP1, HP2, ... und HPn, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... bzw. Mn zusammengesetzt sind, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder größer ist, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem oder mehren binären Copolymeren CPs, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1, M2, ... und Mn zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: jedes Paar von nicht gemischten Schichten (LNBs) dazwischen eine gemischte Schicht (LB) aufweist, die aus den die zwei benachbarten nicht gemischten Schichten (LNBs) aufbauenden (Co)polymeren gebildet ist; alle der Schichten der mehrlagigen Struktur eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 80°C oder höher aufweisen; und eine oder mehren Umhüllungsschichten auf der äußeren Peripherie der mehrlagigen Struktur gebildet ist/sind.
Optische Gradientenfaser nach Anspruch 1, wobei die (Co)polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus zwei Homopolymeren HP1 und HP2, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 bzw. M2 zusammengesetzt sind, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 und M2 zusammengesetzt ist, wobei das binäre Copolymer CP1/2 eine Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen und verschiedenen Brechungsindizes beinhaltet.
Optische Gradientenfaser nach Anspruch 2, wobei die (Co)polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus zwei Homopolymeren HP1 und HP2, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 bzw. M2 zusammengesetzt sind, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 und M2 zusammengesetzt ist, wobei das binäre Copolymer CP1/2 eine Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen und verschiedenen Brechungsindizes beinhaltet.
Optische Gradientenfaser nach Anspruch 3, wobei die (Co)polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus zwei Homopolymeren HP1 und HP2, die aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 bzw. M2 zusammengesetzt sind, vorausgesetzt, dass die Brechungsindizes der Homopolymere in dieser Reihenfolge abnehmen, und einem binären Copolymer CP1/2, das aus Einheiten von Vinylmonomeren M1 und M2 zusammengesetzt ist, wobei das binäre Copolymer CP1/2 eine Mehrzahl von binären Copolymeren mit verschiedenen Copolymerisationsverhältnissen und verschiedenen Brechungsindizes beinhaltet.
Optische Faser, wie in Anspruch 4, 5 oder 6 beansprucht, wobei der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Homopolymeren HP1 und HP2 nicht geringer als 0,05 ist.
Optische Faser, wie in Ansprüchen 1 bis 6 beansprucht, wobei der Unterschied im Brechungsindex zwischen benachbarten nicht gemischten Schichten nicht größer als 0,016 ist.
Optische Faser, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, wobei der Unterschied im Copolymerisationsverhältnis zwischen zwei benachbarten nicht gemischten Schichten nicht größer als 20 Mol% ist.
Optische Faser, wie in Anspruch 3 oder 6 beansprucht, wobei die die Umhüllungsschicht aufbauenden (Co)polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Tetrafluorethylen-Vinylidenfluorid-Copolymer, einem Ethylen-Chlortrifluoroethylen-Copolymer, einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und einem die Einheiten von α-Fluoroacrylat umfassenden Polymer.
Optische Faser, wie in Anspruch 3 oder 6 beansprucht, wobei die Umhüllungsschichten eine erste Umhüllungsschicht und eine zweite an der Außenseite davon gebildete Umhüllungsschicht beinhalten, der Wert der numerischen Apertur (NA) an der ersten Umhüllungsschicht, wie durch die folgende Formel (1) definiert, ist in dem Bereich von 0,2 bis 0,35, die erste Umhüllungsschicht eine Schicht mit einer Dicke von 5 bis 50 μm ist und aus einem Material mit einem Übertragungsverlust von nicht weniger als 500 dB/km gebildet, der Wert der numerischen Apertur (NA) an der zweiten Umhüllungsschicht, wie durch die folgende Formel (1) definiert, in dem Bereich von 0,4 bis 0,6 ist, und die zweite Umhüllungsschicht eine Schicht mit einer Dicke von 5 bis 50 μm ist, NA = (n0 2 – nr2)0,5 (1)wobei n₀ den Brechungsindex an der Mittelachse der optischen Faser darstellt und n_r den jeweiligen Brechungsindex der ersten oder zweiten Umhüllungsschicht darstellt, wobei der NA für die erste Umhüllungsschicht unter Verwendung des Brechungsindex der ersten Umhüllungsschicht als n_r berechnet wird, und der NA für die zweite Umhüllungsschicht unter Verwendung des Brechungsindex der zweiten Umhüllungsschicht als n_r berechnet wird.
Optische Faser mit hoher Bandbreite zur Datenkommunikationsverwendung, umfassend eine optische Faser, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, wobei der Übertragungsverlust bei einer Wellenlänge von 650 nm nicht größer als 250 dB/km ist, die in einer Entfernung von 50 m gemessene Bandbreite nicht weniger als 400 MHz ist, und die Zunahme beim Übertragungsverlust, wenn die optische Faser in einer feucht-warmen Atmosphäre bei 65°C und 95% RH für 1.000 Stunden aufbewahrt wird, nicht größer als 50 dB/km ist.
Produkt, welches eine optische Faser ist, mit einer Mehrzahl von optischen Fasern, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, die in einem als Träger dienenden Polymer angeordnet sind.
Produkt, welches ein optisches Faserkabel mit einer wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beanspruchten optischen Faser ist, welches eine an der Außenseite davon gebildete Mantelschicht aufweist.
Produkt, welches ein optisches Faserkabel mit mehreren wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beanspruchten optischen Fasern ist, die durch eine Mantelschicht gebündelt sind.
Produkt, welches ein optisches Faserkabel mit einer wie in Anspruch 13 beanspruchten optischen Faser ist, welches eine an der Außenseite davon gebildete Mantelschicht aufweist.
Produkt, welches ein optisches Faserkabel mit mehreren wie in Anspruch 13 beanspruchten optischen Fasern ist, die durch eine Mantelschicht gebündelt sind.
Produkt, welches ein gestecktes optisches Faserkabel mit einer wie in einem der Ansprüche 13 bis 17 beanspruchten optischen Faser ist, das einen Stecker aufweist, der an mindestens einem Ende davon angebracht ist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in dem die konzentrisch angeordneten Schichten durch Spinnen der geschmolzenen (Co)polymere in einer Verbundspinndüse mit einer konzentrischen zylindrischen Struktur gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 19, in dem die Spinn-(Extrusions-)Temperatur in dem Bereich von 180°C bis 280°C ist, und die Schmelzviskositäten von jedem (Co)polymer in dem Bereich von 1.000 bis 100.000 poise ist.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, mit einem vorläufigen Schritt des Bildens der (Co)polymere durch Polymerisieren entsprechender Monomere in der Gegenwart von einem Polymerisationsinitiator, und wahlweise eines Kettenübertragungsreagens.