JP2001116932A - 傾斜屈折率プラスチック光ファイバの作製 - Google Patents

傾斜屈折率プラスチック光ファイバの作製

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JP2001116932A
JP2001116932A JP2000262016A JP2000262016A JP2001116932A JP 2001116932 A JP2001116932 A JP 2001116932A JP 2000262016 A JP2000262016 A JP 2000262016A JP 2000262016 A JP2000262016 A JP 2000262016A JP 2001116932 A JP2001116932 A JP 2001116932A
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Lee L Blyler Jr
エル．ブリラー ジュニア リー
Gary J Grimes
ジェイ．グリムス ギャリー
J Charles Sherman
ジェー．シャーマン チャールズ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 必要とされる光伝送帯域を有する傾斜屈折率
光ファイバを効率良く製作するための方法及び装置を提
供する。 【解決手段】 ステップ屈折率プラスチック光ファイバ
の押し出し、あるいは延伸の後、プラスチック光ファイ
バの伝送帯域を測定している間に、高レート拡散状態を
引き起こす温度にプラスチック光ファイバを加熱するこ
とによって、ドーパントは拡散される。所定の特定の伝
送帯域が測定されたとき、プラスチック光ファイバはす
ぐに周囲の温度に戻される。さらに、プラスチック光フ
ァイバは徐々に、高レート拡散状態を生み出すために必
要な温度のすぐ下の平衡温度まで加熱される。一度平衡
温度が達成されると更なる加熱が行われ、温度は高レー
トの拡散を生み出すために必要な温度まで上げられ、伝
送帯域が検査される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの作製
に関する。
【０００２】
【従来技術】従来より、傾斜屈折率（グレーテッド・リ
フラクティブ・インデックス）光ファイバの製法は良く
知られている。例えばアメリカ特許第５，７６０，１３
９号とアメリカ特許第５，７８３，６３６号に、傾斜屈
折率光ファイバの製法が開示されている。そのような光
ファイバにおいて、ドーパントは、フルオロポリマーの
中で中心から周囲に向けて濃度勾配ができるように分布
している。好ましいことに、傾斜屈折率光ファイバは、
ドーパントがフルオロポリマーより高い屈折率を持つ材
料であり、光ファイバの中心から周囲に向けてドーパン
ト濃度が減少するような濃度勾配を持つように分布して
いる光ファイバである。それゆえ、傾斜屈折率光ファイ
バは中心にドーパントを配置し、周囲に向かってドーパ
ントを拡散することによって生産する。他の場合には、
傾斜屈折率光ファイバは、ドーパントがフルオロポリマ
ーより低い屈折率を持ち、光ファイバの周囲から中心に
向けてドーパント濃度が減少する濃度勾配を持つように
分布している光ファイバであって、これもまた、有用で
ある。それゆえ傾斜屈折率光ファイバは周囲から中心に
向けてドーパントを拡散することによって生産される。
【０００３】上述の引用された特許は、傾斜屈折率プラ
スチック光ファイバを作製するための、次の七つの方法
を開示している。第一の方法は、フルオロポリマーの溶
融と、フルオロポリマーの溶融中心にドーパントを含む
フルオロポリマー、あるいはドーパントを注入し、ドー
パントの拡散の間、あるいはその後に成形するステップ
からなる。この場合、ドーパントは中心に注入され、一
層のみを形成するのみではなく、多層をもまた形成す
る。成形は、光ファイバの前駆体のようなロッド状の材
料を形成するために適した、溶融押し出し法（メルト・
エクストルージョン）あるいは光ファイバの形成に適し
た、溶融回転法（メルト・スピニング）によって行われ
る。
【０００４】第二の方法は、溶融回転、あるいは延伸に
よって、フルオロポリマーから形成されたコアにドーパ
ントを含むフルオロポリマーあるいは、ドーパントをデ
ィップコーティングするステップからなる。
【０００５】第三の方法は、回転ガラスチューブあるい
は類似物を用いてフルオロポリマーの中空チューブを形
成し、ドーパントあるいはドーパン含有フルオロポリマ
ーを与えるモノマーでチューブを満たし、低速でポリマ
ーチューブを回転しながらモノマーを重合するステップ
からなる。界面ゲル重合の場合、重合のステップで、モ
ノマーフェーズにおけるフルオロポリマーのチューブが
増大し、ゲルフェーズを形成し、モノマー分子はゲルフ
ェーズで好ましく拡散される間に重合される。
【０００６】第四の方法は、一つはフルオロポリマーを
形成するモノマーであり、もう一つはドーパントを形成
するモノマーである、異なる反応性を持つ二種類のモノ
マーが用いられ、重合反応は、得られるフルオロポリマ
ーと得られるドーパントの組成比が周囲から中心に向け
て連続的に変化するように、行われる。
【０００７】第五の方法は、同時に混合するか、溶液中
で同時に混合して蒸発の手段を用いて溶媒を除去するこ
とによって得られた、ドーパントとフルオロポリマーの
混合物をファイバ状に熱延伸あるいは溶融押し出しし、
それから（あるいはファイバの形成後すぐに）表面から
ドーパントを蒸発させるために加熱状態で不活性ガスに
ファイバをさらして、それによって傾斜屈折率が形成さ
れる。また別のファイバの形成後の方法では、ファイバ
はフルオロポリマーは溶解しないが、ドーパントを溶解
する溶液に浸漬され、ファイバの表面からドーパントが
除去され、傾斜屈折率が形成される。
【０００８】第六の方法は、フルオロポリマーより小さ
い屈折率を持つドーパントのみか、フルオロポリマーと
ドーパントの混合物でフルオロポリマーのファイバかロ
ッドを被覆し、過熱してドーパントを拡散させて傾斜屈
折率を形成する。
【０００９】第七の方法は、高屈折率ポリマーと低屈折
率ポリマーを熱溶融法や溶媒を含む溶液状態で混合し、
異なる混合比を各々が持つ状態の多層の排除の間（後
に）にお互いを拡散させ、結果的に傾斜屈折率を持つフ
ァイバを得られる。この場合、高屈折率ポリマーはフル
オロポリマーであるかもしれず、低屈折率ポリマーはド
ーパントであるかもしれない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前述の製法の全てにお
いて、光伝送帯域（帯域幅）は、光ファイバの製作され
たコアにクラッドとバッファが加えられ、全ての拡散ス
テップが完成された後のポスト製造検査ステップで決定
される。伝送帯域が必要とされる仕様に合わなければ、
光ファイバは破棄されなければならない。これはプラス
ティック光ファイバを製作する従来の方法における重大
な問題点であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】技術的な発展が、第一の
実施例で従来の延伸タワーを用いて前駆体からステップ
屈折率プラスチック光ファイバを延伸した後に、ステッ
プ屈折率プラスチック光ファイバの中に高分子量ドーパ
ントを拡散することによって傾斜屈折率プラスチック光
ファイバを製作するための装置および方法によって達成
される。また、ステップ屈折率プラスチック光ファイバ
は、例えば同心ノズルの利用した、ある材料をもう一つ
の材料の周りに円周状に押し出しすることによって、製
作される。ドーパントは、プラスチック光ファイバの伝
送帯域を測定している間に高レートの拡散を引き起こす
温度にプラスチック光ファイバを加熱することによっ
て、ステップ屈折率光ファイバの押し出し、あるいは延
伸の後に拡散される。所定の特定の伝送帯域が測定され
たとき、プラスチック光ファイバはすぐに周囲の温度に
戻される。プラスチック光ファイバは、高レートの拡散
状態を生み出すために必要とされる温度のちょうどした
の平衡温度に徐々に加熱されると都合がよい。平衡温度
が一度達成されると、更なる加熱が行われ、高レートの
拡散状態を生み出すために必要な温度に上げられ、伝送
帯域が検査される。拡散は特定の伝送帯域に達するまで
続けられる。また、プラスチック光ファイバが始めに前
駆体から延伸されるか、始めに押し出しによって形成さ
れたときに、得られるコアと外側のクラッドは、高レー
トの拡散に対して必要な温度で実質的にゆがまないまま
のバッファ材料で被覆される。
【００１２】本発明の第二の実施例において、前駆体は
最初に拡散プロセスが部分的に完成されるような時間の
間、加熱される。プラスチックファイバは延伸された後
に、特定の伝送帯域に対する検査によって、残りの拡散
は達成される。特定の伝送帯域が達成されたときにプラ
スチック光ファイバは周囲の温度に戻される。
【００１３】本発明の他の、さらなる側面が、つづく詳
述の経過の間に、添付の図を参照することによって明ら
かになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、第一の実施例に従うプラ
スチック光ファイバの製造のためのステップを示した図
である。ブロック１００で開始され、ブロック１０１で
ドーパントを伴う前駆体が形成される。次にブロック１
０２で、ステップ屈折率プラスチック光ファイバに対す
る適当な直径に前駆体を延伸し、バッファ材料をステッ
プ屈折率プラスチック光ファイバに加え、リールにステ
ップ屈折率プラスチック光ファイバを位置付ける。ブロ
ック１０３において、ステップ屈折率光ファイバのリー
ルは周囲の温度のオーブンに入れられ、オーブンは、傾
斜屈折率プラスチック光ファイバの形成を引き起こす高
レートの拡散状態にステップ屈折率プラスチック光ファ
イバを配置するために必要な温度よりわずかに低い平衡
温度に光ファイバが達するまで加熱される。次にブロッ
ク１０４では、高レートの拡散に必要とされる温度まで
オーブンの温度を上昇させ、決定ブロック１０６に制御
を移す。決定ブロック１０６において、伝送帯域が測定
されて必要な帯域が達成されたかどうか決定し、答えが
“いいえ”ならば、特定のレベルに達するまで帯域の測
定が続けられる。一度伝送帯域が正しい値になると、制
御がブロック１０７に移され、ここで、オーブンから光
ファイバのリールを除去するか、オーブンの温度をすば
やく減少するかのどちらかによって、傾斜屈折率光ファ
イバは周囲の温度に戻される。ブロック１０７の完了の
後に、制御は製造プロセスの終わりであるブロック１０
８に移る。当業者には、加熱前のステップ屈折率プラス
チック光ファイバがリールに位置付けられているのでは
なく、むしろ得られた傾斜プラスチック光ファイバがリ
ールに位置付けられていることは、すぐに考察されるだ
ろう。ステップ屈折率プラスチック光ファイバが前駆体
から延伸よりむしろ押し出しによって形成される場合、
ブロック１０１および１０２のステップが、押し出しと
ステップ屈折率プラスチック光ファイバのリール巻きの
ステップに併合される。
【００１５】光ファイバのコアとクラッドを覆うバッフ
ァ材料は、ドーパントの拡散プロセスが行われる温度を
超える、高い溶融温度あるいはガラス転移（glass tran
sition）温度を持つ熱可塑性ポリマーであると都合が良
い。熱可塑性バッファは延伸プロセスの間／につづい
て、光ファイバに付着される。熱可塑性バッファを付着
する適切なプロセスは、前駆体あるいはファイバを覆う
溶融チューブからの、溶融押し出し、または延伸を含
む。かわりに、バッファ材料は、液体プレポリマーの状
態で延伸光ファイバに付着されて、熱、UVあるいは電子
線活性化を用いて高速架橋重合化反応が開始される架橋
ポリマーでも良い。このようなバッファは永続的な網構
造を持つので、ガラス転移温度以上の熱にさらされて
も、その形を保つ。それゆえ、高レートの拡散に必要な
温度でやわらかくされたとき、ファイバのゆがみを引き
起こす傾向はほとんどない。適当な熱可塑性バッファ材
料の例としては、ナイロン、ポリエーテルイミド、ポリ
サルフォン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロ
プロピレンの共重合体、およびアモルファス・フルオロ
ポリマーがある。架橋バッファ材料の例としては、シリ
コン・エラストマー、ウレタン・アクリレート・ポリマ
ー、エポキシ樹脂、エポキシ・アクリレート・ポリマー
およびウレタン・エラストマーがある。
【００１６】図2は、第二の実施例に従うプラスチック
光ファイバの製作のためのステップを図示したものであ
る。ブロック２００から開始された後、ドーパントを伴
う前駆体を形成する。さらに、ブロック２０１は所定の
量の時間の間にドーパントを部分的に拡散する。次にブ
ロック２０２では、プラスチック光ファイバに対する適
切な径まで前駆体を延伸し、光ファイバにバッファ材料
を加え、光ファイバをリールに位置つける。ブロック２
０３において、光ファイバのリールは周囲の温度のオー
ブンに配置され、オーブンは、高レートの拡散状態に光
ファイバをおくために必要とされる温度よりわずかに低
い平衡温度に光ファイバが達するまで加熱される。次に
ブロック２０４では、高レートの拡散に必要な温度にオ
ーブンの温度が引き上げられ、決定ブロック２０６に制
御が移される。決定ブロック２０６において、伝送帯域
が測定され、必要な帯域が達成されたかどうかが決定さ
れ、答えが“いいえ”ならば特定のレベルに達するまで
帯域は測定され続ける。一度伝送帯域が正しくなると、
制御はブロック２０７に移り、それによってオーブンか
ら光ファイバのリールを取り出すか、あるいは急速にオ
ーブンの温度を低くするかのどちらかによって、光ファ
イバは周囲の温度に戻される。ブロック２０７の完了後
に、制御はブロック２０８に移され、製造プロセスは終
了する。本発明の第二の実施例において、押し出しによ
って初期プラスチック光ファイバが製造された場合に
は、ブロック２０１と２０２は、押し出して初期のプラ
スチック光ファイバをリールに巻くステップに併合され
る。
【００１７】図３には、前駆体を用いたとき、両方の実
施例を行うために必要とされる装置を示した図である。
装置３０１は前駆体を形成するために用いられ、延伸タ
ワー３０２は前駆体から光ファイバを形成し、バッファ
の中に光ファイバを封止するために用いられる。光ファ
イバのリールは、延伸タワー３０２で形成され、手動か
自動的に制御されてオーブンに配置される。オーブン３
０３が自動的に制御される場合、検査セット３０４で出
力が自動制御器に利用されて、リール３０６の温度を下
げる時期を決定する。検査セット３０４はパルス分散検
査セットであるかもしれない。代わりに、検査セット３
０４はディファレンシャル・モード・ディレイ検査セッ
トや、あるいは単純に高速光シリアルリンクのビット・
エラー・レートを測定する検査セットであるかもしれな
い。
【００１８】図４には、初期のプラスチック光ファイバ
が押し出しによって形成されたときに、両方の実施例を
行うために必要な装置を図示したものである。装置４０
１が利用されて、光ファイバが押し出され、バッファ中
で光ファイバが封止されて、リール４０６上に形成され
る。光ファイバのリールが装置４０１に形成された後
に、手動か自動的に制御されてオーブンに配置される。
オーブン４０３が自動的に制御される場合、検査セット
４０４で出力が自動制御器に利用されて、リール４０６
の温度を下げる時期を決定する。装置４０１はアメリカ
特許第５，５９３，６２１号の図１に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に従う、プラスチック光
ファイバを製作するためのステップを図示した流れ図で
ある。
【図２】本発明の第二の実施例に従う、プラスチック光
ファイバを製作するためのステップを図示した流れ図で
ある。
【図３】図１および図2のステップで利用するための装
置を図示したブロック図である。
【図４】図１および図2のステップで利用するための装
置を図示したブロック図である。
【符号の説明】
３０１、４０１ 押し出し機 ３０２ 延伸タワー ３０３、４０３ オーブン ３０４、４０４ 検査セット ３０６、４０６ リール
フロントページの続き (72)発明者 ギャリー ジェイ．グリムス アメリカ合衆国 35244 アラバマ，ホー バー，トレース クロッシングス レーン 5019 (72)発明者 チャールズ ジェー．シャーマン アメリカ合衆国 80031−2317 コロラド, ウェストミンスター，ウェスト ワンハン ドレッドセカンド アヴェニュー 4870

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 傾斜屈折率光ファイバを作製するための
    方法であって、その中にドーパントを有する光ファイバ
    を作製するための作製ステップと、前記光ファイバを高
    拡散状態に置き、前記光ファイバ内のドーパントの拡散
    を開始するための配置ステップと、特定の伝送帯域につ
    いて前記光ファイバの伝送帯域を測定するための測定ス
    テップと、前記特定の伝送帯域が達成されたときに前記
    高拡散状態から光ファイバを取り去るための除去ステッ
    プとを含み、それによって、前記光ファイバを前記特定
    の伝送帯域を有する傾斜屈折率光ファイバとする方法。
  2. 【請求項２】 前記作製ステップが、高分子量ドーパン
    トを有するコアとクラッドを形成するステップと、前駆
    体を延伸して、ステップ屈折率光ファイバである前記光
    ファイバを形成するステップとを含む請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記作製するステップが、前記ステップ
    屈折率光ファイバを、前記高拡散状態において、実質的
    にゆがみのないよう維持された、バッファ材料でステッ
    プ屈折率光ファイバを被覆するステップをさらに含む請
    求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記配置ステップが、高レートの拡散を
    生み出す温度より下の平衡温度へ前記光ファイバを徐々
    に加熱するステップと、前記高レートの拡散を生み出す
    温度へ前記光ファイバを加熱するステップとを含む請求
    項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記測定ステップが、パルス分散検査を
    行うステップを含む請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記測定ステップが、ディファレンシャ
    ル・モード・ディレイ検査を行うステップを含む請求項
    2記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記測定ステップが、前記光ファイバの
    ビット・エラー・レートの測定を行うステップを含む請
    求項2記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記作製ステップが、ドーパントを有す
    るコアとクラッドを備える前駆体を形成するステップ
    と、部分的に前記前駆体の中に前記ドーパントを拡散す
    るステップと、前記光ファイバを形成するために、前記
    前駆体を延伸するステップとを含む請求項１記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記作製ステップが、前記高拡散状態に
    おいて、実質的にゆがみのないよう維持されたバッファ
    材料で前記光ファイバを被覆するステップをさらに含む
    請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記配置ステップが、高レートの拡散
    を生み出す温度より低い平衡温度に前記光ファイバを徐
    々に加熱するステップと、前記高レートの拡散を生み出
    す前記温度まで前記光ファイバを加熱するステップとを
    さらに含む請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記測定ステップが、パルス分散検査
    を行うステップを含む請求項８記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記測定ステップが、ディファレンシ
    ャル・モード・ディレイ検査を行うステップを含む、請
    求項８記載のステップ。
  13. 【請求項１３】 前記測定ステップが、前記光ファイバ
    のビット・エラー・レートの測定を行うステップを含む
    請求項８記載のステップ。
  14. 【請求項１４】 前記作製ステップが、ステップ屈折率
    光ファイバを押し出すステップを含む請求項１記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記作製ステップが、前記高拡散状態
    において実質的にゆがみのないよう維持されたバッファ
    材料で前記ステップ屈折率光ファイバを被覆するステッ
    プをさらに含む請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記配置ステップが、高レートの拡散
    を生み出す温度より下の平衡温度に前記光ファイバを徐
    々に加熱するステップと、前記高レートの拡散を生み出
    す前記温度へ前記光ファイバを加熱するステップとを含
    む請求項１４記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記測定ステップが、パルス分散検査
    を行うステップを含む請求項１４記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記測定ステップが、ディファレンシ
    ャル・モード・ディレイ検査を行うステップを含む請求
    項１４記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記測定ステップが、前記光ファイバ
    のビット・エラー・レートの測定を行うステップを含む
    請求項１４記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記作製ステップが、部分的に拡散さ
    れたドーパントを有する光ファイバ押し出すステップを
    含む請求項１４記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記作製ステップが、前記高拡散状態
    において実質的にゆがまないバッファ材料で前記光ファ
    イバを被覆するステップをさらに含む請求項２０記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 前記配置ステップが、高レートの拡散
    を生み出す温度より下の平衡温度に前記ファイバを徐々
    に加熱するステップと、前記高レートの拡散を生み出す
    前記温度に前記光ファイバを加熱するステップとを含む
    請求項２０記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記測定ステップが、パルス分散検査
    を行うステップを含む請求項２０記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記測定ステップが、ディファレンシ
    ャル・モード・ディレイ検査を行うステップを含む請求
    項２０記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記測定ステップが、前記光ファイバ
    のビット・エラー・レートの測定を行うステップを含む
    請求項２０記載の方法。
JP2000262016A 1999-08-31 2000-08-31 傾斜屈折率プラスチック光ファイバの作製 Pending JP2001116932A (ja)

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