JP2007256674A - 光結合素子、光コネクタ、及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】光結合効率に優れた光結合素子を提供する。
【解決手段】光結合素子１９は、コア部４５とクラッド部４６とを備える。コア部４５は、外径Ｄ１の円柱状に形成される。コア部４５の両端面には、入射面４８及び出射面４９を備える。コア部４５は、入射面４８及び出射面４９を結ぶ長さＬ１の光路を備える。コア部４５には、ＧＩ型屈折率分布が形成される。クラッド部４６は、コア部４５の外周に配される。クラッド部４６は、コア部４５の外周面の屈折率と同一の屈折率を備える。この光結合素子１９が、（式１）光路長Ｌ１＝２π／Ａ^０．５、（式２）Ａ＝２（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１×Ｒ１^２）を満足する。入射面４８から入射した光は、コア部４５内で集光される。コア部４５内で集光された光は、出射面４９から出射する。この光結合素子１９は、優れた光結合効率を発揮することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光素子や受光素子などの光素子と光ファイバとを光学的に結合する光結合素子、この光結合素子を備える光コネクタ、並びに、光コネクタを備える光伝送システムに関する。

近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大しており、情報伝送量の高い伝送システムが求められている。２００２年６月には、ＩＥＥＥ（登録商標）８０２．３ａｅとして１０ギガビット・イーサネット（登録商標）の標準化が完了し、情報伝送量の高い伝送システムを構成する情報伝送機器や情報伝送媒体の製品化が待ち望まれており、情報伝送機器ベンダーや情報伝送媒体メーカにおいて、情報伝送機器や情報伝送媒体の情報伝送量の向上化が検討されている。

このため、情報伝送媒体の需要が、従来のメタルケーブルから光ファイバケーブルへシフトしつつある。この光ファイバケーブルは、電気信号を流して通信するメタルケーブルと比べて信号の減衰が少なく、超長距離でのデータ通信が可能である。また、電気信号と比べて光信号の漏れは遮断しやすいため、光ファイバケーブルを大量に束ねても相互に干渉しないという特長もある。

この光ファイバケーブルには、石英系光ファイバケーブルやプラスチック光ファイバケーブルなどがある。特にプラスチック光ファイバケーブルは、石英系光ファイバケーブルと比較して、製造及び加工が容易であること、並びに、低価格であるなどの利点がある。

プラスチック光ファイバケーブルの特徴の１つは石英系光ファイバケーブルに比べて大口径であり、発光ダイオード（ＬＥＤ，Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザー（ＬＤ，Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、あるいは、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ，Ｖｅｒｔｉｖａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）等の発光素子との光結合が容易ということが利点である。近年、屈折率分布型プラスチック光ファイバの作製が可能となり、１ＧＨｚ以上の広帯域光信号伝送リンクの伝送路として、前述のプラスチック光ファイバケーブルの使用が検討され始めている。この広帯域光信号伝送リンクにおいても、光源と大口径プラスチック光ファイバの光結合の優位性は、石英系光ファイバと比べて変わらないが、大口径プラスチック光ファイバから出射した光を受ける受光素子（例えば、フォトダイオード）との光結合においては、プラスチック光ファイバケーブルとフォトダイオードとの隙間に、光学レンズなどの集光作用を備える光結合素子を配置しなければ効率の良い光結合が出来ない。これは、大口径プラスチック光ファイバから出射した光が回折によって光結合素子の開口径以上に広がるためである。

同様の問題は、光信号伝送リンク内にあるプラスチック光ファイバケーブル間を接続する光コネクタにおいても存在する。プラスチック光ファイバケーブル用の光コネクタは、温度変化によるプラスチック光ファイバの伸長を考慮して、接続する光ファイバ間に約数百μｍの空間があけられるよう設計されている。このため、片方のプラスチック光ファイバから出射した光が、他方のプラスチック光ファイバに入射する際に、回折によってビーム径が光ファイバ径（開口径）以上となり光結合損失（回折損失）が生じる。従って、プラスチック光ファイバ間の光コネクタにおいて効率の良い光結合を得るためには、コネクタ内にリレーレンズなどの光結合素子を配置させる必要がある。これは、ファイバ端面を物理的に接触させる石英光ファイバ間の接続にはない問題である。

以上のように、プラスチック光ファイバを用いた光信号伝送リンクにおいて、集光作用を備える光結合素子を用いることは、回折損失低減、すなわち伝送損失を低減させる一般的な方式である。また、このような集光作用を備える光結合素子は、光信号伝送リンクの伝送路として石英系ファイバを用いる場合よりも、出射ビーム径が大きいプラスチック光ファイバを光伝送路として用いる場合に重要となる。このため、プラスチック光ファイバから出射した光パワーを効率良く受光素子に結合させるための光結合素子の構成や設計等が非常に重要となる。

従来の技術において、具体的な光結合素子としては、光ファイバと受光素子間に、レンズを介在させたもの（例えば、特許文献１参照）、屈折率分布型レンズ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ ｌｅｎｓ，ＧＲＩＮ ｌｅｎｓ）を介在させたもの（例えば、特許文献２参照）などが用いられており、これらによって光ファイバからの出射光を集光することで、出射光をその他の受光素子に結び合わせて光結合の効率を改善させることが知られている。
特開２０００−１４７２９４号公報 特開２００１−２６４５９２号公報

しかしながら、光結合素子を用いて結合効率の向上を図るためには、光ファイバ、受光素子や発光素子などの各光学部材の最適な位置（例えばレンズの焦点距離など）に光結合素子を配置するアライメント作業が必要であった。従って、光結合が行われる部品点数増加に伴い、光伝送リンクシステムのコスト増加を招くことが問題になっていた。

本発明は、各光学部材との間において優れた光結合効率を発現可能な光結合素子を提供することを目的とする。また、この光結合素子を備え、アライメント作業が容易な光コネクタを提供することを目的とする。更に、この光コネクタを備え、伝送特性に優れた光伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の光結合素子は、光が透過する第１透過部及び第２透過部を両端に備え、前記第１透過部と前記第２透過部との間で前記光を伝播する円柱状のコア部と、前記コア部の外周に配され、前記コア部の内部を伝播する前記光を閉じ込めるクラッド部とを備える光結合素子において、前記コア部が、ＧＩ型屈折率分布を備え、前記第１透過部から前記第２透過部までの光路長Ｌ１が、下記式１および式２を満たすことを特徴とする。
（式１） 光路長Ｌ１＝２π／Ａ^０．５
（式２） Ａ＝２（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１×Ｒ１^２）
（コア部の内部を伝播する光について、コア部の中心部における屈折率をＮ１、コア部の外周面における屈折率をＮ２とする。Ｒ１はコア部の半径である。）

前記コア部が、下記一般式（１）で表される第１化合物と、下記一般式（２）で表される第２化合物との共重合体を含み、中心から半径ｒだけ離れた前記コア部の屈折率をＮ（ｒ）とするときに、前記コア部が、下記式（３）ないし（５）で表される前記ＧＩ型屈折率分布を備えることが好ましい。
式（３） Ｎ（ｒ）＝Ｎ１［１−２Δ（ｒ／Ｒ１）^ｇ］^１／２
式（４） Δ＝（Ｎ１^２−Ｎ２^２）／（２Ｎ１^２）
式（５） ２≦ｇ≦２．３
（コア部の内部を伝播する光について、コア部の中心部における屈折率をＮ１、コア部の外周面における屈折率をＮ２とする。Ｒ１はコア部の半径である。）
一般式（１）

（一般式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｒ^４は少なくとも一部がフッ素原子で置換された炭素原子数２〜８のアルキル基を表す。）
一般式（２）

（一般式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５はＨ、Ｄ、ハロゲン原子またはＣＦ_３のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５の少なくとも一つはハロゲン原子またはＣＦ_３を表す。）

前記コア部の外径Ｄ１が５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。

前記コア部と前記クラッド部の界面に配され、前記コア部の外周面と同一の屈折率を有する円筒状のインナークラッド部を備え、前記コア部の外径をＤ２とし、前記インナークラッド部の外径をＤ３とするときに、Ｄ２／Ｄ３が、０．６７以上０．８７以下であることが好ましい。

前記クラッド部の外周に配される保護層を備えることが好ましい。

本発明の光コネクタは、請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の光結合素子と、前記第１透過部及び第２透過部を露出するように、前記光結合素子を保持するコネクタ本体と、前記コネクタ本体に形成され、前記光を透過する第３透過部を備える第１光学部材と嵌合し、前記第１透過部の光軸と前記第３透過部の光軸とを合わせる第１嵌合部と、前記コネクタ本体に形成され、前記光を透過する第４透過部を備える第２光学部材と嵌合し、前記第２透過部の光軸と前記第４透過部の光軸とを合わせる第２嵌合部と、を備えることを特徴とする。

前記光結合素子と、前記１透過部と前記３透過部との間隔を３００μｍ以下にする前記第１嵌合部と、前記２透過部と前記４透過部との間隔を３００μｍ以下にする前記第２嵌合部と、を備えることが好ましい。

前記第１光学部材が前記光を伝播しうる第１光ファイバであり、前記第２光学部材が、前記光の入射を検出する受光部と前記光を発光する発光部と前記光を伝播しうる第２光ファイバとのうちいずれか１つであることが好ましい。

本発明の光伝送システムは、前記光コネクタと、前記第１嵌合部に嵌合される前記第１光ファイバと、前記第２嵌合部に嵌合され、前記受光部と前記発光部とのうち少なくともいずれか一方を有するトランシーバとを備え、前記第１光ファイバに形成され、前記第３透過部を通過する前記光を伝播する芯部が、前記コア部と同質の材料で形成され、前記コア部と同一の外径に形成され、前記コア部と同一の屈折率分布を備えることを特徴とする。

本発明の光結合素子によれば、前記コア部が、ＧＩ型屈折率分布を備え、前記第１透過部から前記第２透過部までの光路長Ｌ１が、下記式（１）および式（２）を満たすため、前記第１透過部に入射した光を前記コア部の内部で集光し、集光した光を前記第２透過部から出射する。すなわち、この光結合素子は高い集光特性を発現し、各光学部材との間の光結合を極めて高い効率で行うことが可能になる。

また、前記コア部が、一般式（１）で表される第１化合物と、下記一般式（２）で表される第２化合物との共重合体を含み、中心から半径ｒだけ離れた前記コア部の屈折率をＮ（ｒ）とするときに、前記コア部が、式（３）ないし（５）で表される屈折率分布を備えるため、伝送特性を維持しつつ、優れた光結合効率を発現することが可能になる。

また、本発明の光コネクタによれば、トランシーバの発光部又は受光部と、プラスチック光ファイバとの間の光軸合わせや焦点調整などを容易にする。すなわち、この光コネクタを用いることにより、光学調整作業時間を短縮することが可能になり、コストダウンを図ることができる。また、この光コネクタは、極めて高い効率で各光学部材と間で光結合を行うことが可能になる。

また、本発明の光伝送システムによれば、広帯域伝送下においても、伝送特性に優れた情報伝送を行うことができる。

本発明の第１の実施形態について図を引用しながら説明する。ただし、本発明は本実施形態に限定されるものではない。図１に、本発明における光結合素子製造工程１０を示す。

光結合素子製造工程１０は、第１部材１１を形成する第１部材形成工程１２と、第２部材１３を形成する第２部材形成工程１４と、第１部材１１と第２部材１３を備える光結合素子前駆体１５を形成する組合せ工程１６と、光結合素子前駆体１５から光結合素子母材１７を形成する加熱延伸工程１８と、光結合素子母材１７から所定の長さの光結合素子１９を切り出す分断工程２０とを備える。

第１部材形成工程１２では、パイプ２５の中空部に重合性組成物及び所定の添加剤を注入し、パイプ２５の軸を中心に回転させながら重合させる回転重合法を行う。この回転重合法を繰り返し行うことにより、パイプ２５の中空部の内周面から中心に向かって、第１〜第ｎ層が順次形成される。第１部材１１を形成する重合性組成物は、後述する第１及び第２化合物を含む。この重合性組成物の共重合体は、光透過性が高く、吸湿時における低伝送損失の維持が可能である。更に、屈折率の波長依存性が小さいため、これら第１及び第２化合物の共重合体を含む芯部の材料分散は小さくなる。第１部材形成工程１２及び重合性組成物の詳細は、後述する。

第２部材形成工程１４では、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／ビニリデンフルオライド三元系コポリマーであるＴＨＶ樹脂製の第２部材１３が形成される。なお、第２部材１３、市販の溶融押出成形により所望の重合性組成物を用いて、それぞれ円筒状の重合体を形成させればよく、その製造方法は特に限定はされない。なお、第２部材１３を形成する材料の詳細については後述する。

組合せ工程１６では、第１部材１１を第２部材１３の中空部に挿入して、光結合素子前駆体１５が形成される。第１部材１１は、光透過性に優れ、外周から中心に向かって屈折率が徐々に増加するＧＩ（Ｇｒａｔｅｄ Ｉｎｄｅｘ）型屈折率分布を備える。また、第２部材１３は、第１部材１１の最外周面と略同一の屈折率を備える。すなわち、光結合素子前駆体１５は、第１部材１１を導波路とする光伝送媒体としての性質を備える。

続いて、加熱延伸工程１８では、光結合素子前駆体１５を加熱溶融しながら延伸させることにより所望の径の光結合素子母材１７が形成される。最後に、分断工程２０では、光軸に略垂直な面で光結合素子母材１７を切断することにより、所定の長さの光結合素子１９が形成される。

次に、第１部材形成工程１２の詳細について説明する。図２は、第１部材形成工程１２の流れを示す工程図である。前述したように、本発明では、パイプ２５を用いて第１層〜第ｎ層形成工程３１〜３４を順次行うことにより、パイプ２５の内部にｎ層構造を備える第１部材１１を形成することができる。

第１層形成工程３１では、パイプ２５の中空部に第１の重合性組成物を注入し（第１注入工程３１ａ）、第１の重合性組成物を重合する（第１重合工程３１ｂ）。この第１重合工程３１ｂにより、パイプ２５の内周面上に円筒状の第１層３６が形成される。第２層形成工程３２では、第１層３６の中空部に第２の重合性組成物を注入し（第２注入工程３２ａ）、第２の重合性組成物を重合する（第２重合工程３２ｂ）。この第２重合工程３２ｂにより、第１層３６の内周面上に円筒状の第２層３７が形成される。本発明では、第１層形成工程３１や第２層形成工程３２のような層形成工程を所望の層数ｎが得られるまで繰り返し連続して行う。円筒状の第（ｎ−１）層３８を形成させる際には、第（ｎ−１）層形成工程３３として、第（ｎ−１）の重合性組成物を注入する第（ｎ−１）注入工程３３ａを行った後、この第（ｎ−１）の重合性組成物を重合する第（ｎ−１）重合工程３３ｂを行う。最後に、第ｎ層形成工程３４として、第（ｎ−１）層３８の中空部に、第ｎの重合性組成物を注入し（第ｎ注入工程３４ａ）、これを重合させて第ｎ層３９を形成させる（第ｎ重合工程３４ｂ）。なお、第１〜第ｎ重合工程３１ｂ〜３４ｂでは、軸を中心に回転させることにより第１〜第ｎの重合性組成物を重合させる回転重合法を用いる。以上の第１層〜第ｎ層形成工程３１〜３４により、パイプ２５の内側に、ｎ層の同心円状の積層構造を有する第１部材１１を形成させることができる（図３参照）。

なお、本実施形態では、パイプ２５の内側に同心円状のｎ層構造を形成させた後、パイプ２５を取り除いたｎ層構造を第１部材１１として用いる。ただし、パイプ２５は取り除かなくとも、パイプ２５の内側にｎ層構造が形成された部材を第１部材１１とし、これを第２部材１３の中に挿入してもよい。また、第１部材形成工程１２においては、パイプ２５への各重合性組成物の注入量を、内側の層に向かうにしたがい次第に減らしながら各層を形成させて、各層の厚みが略同等であるように調整する。

第１〜第ｎの重合性組成物は、第１化合物及び第２化合物を含む。本実施形態において、第１化合物は、重合体の屈折率が１．４１である重水素置換した２，２，２トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭｄ７）であり、第２化合物は、重合体の屈折率が１．４９である重水素置換したペンタフルオロフェニルメタクリレート（ＰＦＰＭＡｄ５）である。３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５を所望の混合比で調製することにより、第１〜第ｎの重合性組成物を得ることができる。こうして得られる第１〜第ｎの重合性組成物の重合体は、第１〜第ｎの重合性組成物の調製段階における混合比に応じた屈折率を有する。このようにして調製される第１〜第ｎの重合性組成物及び所定の添加剤を用いることにより、第１部材１１に所望の屈折率分布を形成することができる。なお、第１〜第ｎの重合性組成物、第１化合物及び第２化合物の詳細については後述する。

次に、本発明により得られる光結合素子前駆体１５について説明する。図３は、本発明により製造された光結合素子前駆体１５の断面図である。光結合素子前駆体１５は、円筒状の第２部材１３を配し、さらに第２部材１３の中空部に第１〜第ｎ層３６〜３９からなるｎ層構造の第１部材１１を配する。なお、図３では、径の中央に空洞部４２が形成されている形態を示しているが、この空洞部４２の有無、ならびに断面円形の径と光結合素子前駆体１５の外径との比率とは、図３に示す様態に限定されるものではなく製造条件に応じて変動する。例えば、製造条件によっては空洞部４２が消失している場合があるが、特性上影響はないため、本発明は特に限定されない。また、図３では、説明の便宜上、第１部材１１を構成する第１〜第ｎ層３６〜３９の各層間の境界を示しているが、製造条件などにより境界の明確さは異なり、必ずしも確認できるものでなくてもよい。例えば、第１層３６と第２層３７とを形成する重合性組成物同士が接触することにより、互いにしみ込むなどして界面が認められない場合がある。なお、光の伝播を考慮すると光学的には境界は存在しないことが好ましい。

また、第１部材１１及び第２部材１３における外径および内径は、所定の条件を満たすように調整されており、隙間４３が形成されることが好ましい。これにより、各部材の組合せ作業を容易に行うことができるとともに、各部材を傷つけることなく組合せることができるため、このような光結合素子前駆体１５から得られる光結合素子母材１７は、光の発散などが防止されて低伝送損失であるなど優れた光学特性を発現する。

次に、光結合素子１９について図４及び図５を用いて説明する。光結合素子１９は、略円柱状のコア部４５、コア部４５の外周面に配されるクラッド部４６とから構成される。略円柱状の光結合素子１９の上面には、入射面４８が露出するように形成され、底面には、出射面４９が露出するように形成される。このコア部４５は、入射面４８と出射面４９とを結び、式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１の光路を備えるため、この入射面４８から入射した光は、集光されながらコア部４５の内部を伝播する。コア部４５の内部で集光された光は、出射面４９から出射する。

図５（ａ）に、光結合素子１９の断面図を示す。光結合素子１９は、光結合素子前駆体１５に加熱延伸工程１８及び分断工程２０を行うことにより得られる。光結合素子１９は、光路長さＬ１を備える。光結合素子１９の横断面形状は、光結合素子前駆体１５の横断面形状と略相似形の関係を有する。コア部４５は、第１〜第ｎ層５１〜５４のｎ層構造を有し、クラッド部４６は、コア部４５の外周に配される。

図５（ｂ）に、光結合素子１９の屈折率分布を示す。縦軸は屈折率であり、上方に向かうにつれて屈折率が高くなることを表す。また、横軸は、光結合素子１９の半径方向を示す。なお、横軸の（Ａ）で表される領域は、図５（ａ）のクラッド部４６を表し、横軸の（Ｂ）は、コア部４５を表す。

図５（ａ）に示すように、コア部４５は、同心円状のｎ層積層構造を有する。円筒状に形成される第１層５１は、コア部４５の最外周に位置し、その第１層５１の内周に円筒状の第２層５２が配される。こうしてコア部４５の中心に近づくにつれて次々と別の層が形成され、コア部４５の中心部には、円柱状の第ｎ層５４が配される。更に、この第１〜第ｎ層５１〜５４の屈折率は、コア部４５の外周から中心に行くに従って、徐々に高くなっている。すなわち、コア部４５は、前述した式（３）及び（５）を満足するＧＩ型の屈折率分布を備える（図５ｂ）。

コア部４５がＧＩ型屈折率分布と、且つ、前述した式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１とを備えるため、レンズのような曲面を持たない光結合素子１９が優れた集光効果を発揮し、光結合素子１９と光結合素子１９に接続する光学部材との間において極めて高い効率で光結合を行うことができる。加えて、コア部４５は、前述した一般式（１）で示される第１化合物である３ＦＭｄ７と、前述した一般式（２）で示される第２化合物であるＰＦＰＭＡｄ５との共重合体からなり、式（３）ないし式（５）を満たす屈折率分布を備えるため、伝送特性を維持しつつ、高効率の光結合を可能にする。なお、屈折率分布係数ｇは、２．０５以上２．２５以下であることがより好ましい。特に、屈折率分布係数ｇが２．１以上２．２以下である場合、本発明の効果が最もよく発現する。なお、コア部４５を形成する材料については後述する。

また、光結合素子１９を収納するトランシーバの小型化を考慮すると、この光路長Ｌ１を極力短くすることが好ましい。しかしながら、光結合素子１９の取り扱い性を考慮すると光路長Ｌ１が１ｍｍ以上であることが好ましい。すなわち、この光路長Ｌ１は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。このような光路長Ｌ１を得るためには、変数Ａが、式１より０．３９５以上、３９．４以下が好ましい。

また、前記コア部の外径が小さすぎると、伝送機器の受光面とプラスチック光ファイバとの接続時において、伝送特性の低下を誘発する軸ずれが生じやすくなる。一方、前記コア部の外径が大きすぎると、プラスチック光ファイバに接続する伝送機器の受光面における光結合効率が低下する。すなわち、コア部４５の外径Ｄ１が５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。また、外径Ｄ１が６０μｍ以上２２０μｍ以下であることがより好ましく、更に、外径Ｄ１が１２０μｍ以上２２０μｍ以下であることが最も好ましい。

なお、上記実施形態、クラッド部４６の周囲に、保護層を形成しても良い。この保護層を形成する材料としては、強靭性に優れたものを用いることが好ましい。この具体的な材料としては、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）が挙げられる。メタクリル樹脂から形成させた保護層を用いると、光結合素子に優れた強靭性を付与することができるため、生産性や取り扱い性を向上させることができるとともに、曲げや側圧などの変形などによる伝送損失の低下を防止することができる。また、ＰＭＭＡの特性でもある優れた透明性を発現させることができるなどの効果も得ることができる。

なお、上記光結合素子製造工程１０を用いて、コア部とクラッド部との間にインナークラッド部５９を備える光結合素子６０を形成することも可能である。次に、この光結合素子６０の製造方法の概要について説明する。光結合素子６０は、前述した光結合素子製造工程１０（図１）の第１部材形成工程１２（図２）において、第１層形成工程４１の前に、インナークラッド部材形成工程を設けることにより、コア部材１１と、コア部材１１の外周に配されるインナークラッド部材とを備える第１部材を形成することができる。

インナークラッド部材形成工程では、前述した第１層形成工程３１と同様に、インナークラッド部材形成用の重合性組成物をパイプ２５の中空部に注入し、回転重合を行い、円筒状のインナークラッド部材を形成すればよい。インナークラッド部材形成用の重合性組成物としては、その共重合体が第１層５３と同じ屈折率を発現するものを用いることができ、例えば、第１層形成工程３１で用いる第１の重合性組成物等が挙げられる。

第２部材形成工程では、インナークラッド部材を嵌合可能な中空部を有する円筒状の第２部材を形成すればよい。このようにして得られたインナークラッド部材を含む第１部材と、第２部材とを用いて光結合素子前駆体が形成される。そして、この光結合素子前駆体は、加熱延伸工程１８、分断工程２０を経て光結合素子６０となる。

光結合素子６０は、図６のように、略円柱状のコア部６１と、コア部６１の外周に配されるインナークラッド部５９と、インナークラッド部５９の外周に配されるクラッド部６２とから構成される。コア部６１は、入射面６３と、出射面６４と、入射面６３と出射面６４とを結び、前述した式（１）及び式（２）を満たす長さＬ１の光路を備える。入射面６３は、略円柱状の光結合素子６０の上面に露出するように形成され、出射面６４は、底面に露出するように形成される。この入射面６３から入射した光は、コア部６１の内部を伝播し、出射面６４から出射される。

図７（ａ）に、光結合素子６０の断面図を示す。コア部６１は、ｎ層構造を有する。このコア部６１の外周には、インナークラッド部５９が形成され、更に、インナークラッド部５９の外周にはクラッド部６２が形成される。また、コア部６１は外径Ｄ２の円柱状に形成され、インナークラッド部５９は外径Ｄ３の円筒状に形成される。コア部６１の外径Ｄ２は、５０μｍ以上２５０μｍ以下に形成される。また、コア部６１の外径Ｄ２及びインナークラッド部５９の外径Ｄ３は、Ｄ２／Ｄ３が０．６７以上０．８７以下の条件を満足する。なお、Ｄ２／Ｄ３の値は０．６９以上０．８７以下であることがより好ましい。このＤ２／Ｄ３の径比が０．８７を超えると、光結合素子６０から出力する光の径が大きくなり、高効率で光結合を行うことが困難になるため、好ましくない。一方、このＤ２／Ｄ３の径比が０．６７未満であると、光ファイバとの結合において、軸ずれによる損失が大きくなるため、好ましくない。

図７（ｂ）に、光結合素子６０の屈折率分布を示す。縦軸は屈折率であり、上方に向かうにつれて屈折率が高くなることを表す。また、横軸は、光結合素子６０の半径方向を示す。なお、横軸の（Ａ）で表される領域は、図７（ａ）のクラッド部６２に等しく、横軸の（Ｂ）及び（Ｃ）で表される領域は、インナークラッド部５９及びコア部６１に等しい。

図７（ａ）に示すように、コア部６１は、同心円状のｎ層積層構造を有する。円筒状に形成される第１層５１は、コア部６１の最外周に位置し、その第１層５１の内周に円筒状の第２層５２が配される。こうして、コア部６１の中心に近づくにつれて次々と別の層が形成され、コア部４５の中心部には、略円柱状に形成される第ｎ層５４が配される。更に、この第１〜第ｎ層５１〜５４の屈折率は、コア部４５の外周から中心に行くに従って、徐々に高くなっている。すなわち、コア部６１は、ＧＩ型の屈折率分布を備える（図７（ｂ））。コア部６１に形成される屈折率分布Ｎ（ｒ）は、前述した式（３）ないし（５）を満足する。コア部６１の外周に形成されるインナークラッド部５９は、第１層５１と略同一の屈折率を有する。また、クラッド部６２は、インナークラッド部５９よりも低い屈折率に形成される。なお、インナークラッド部５９は、高次モードが伝播可能なように屈折率分布を形成させても良い。そして、コア部６１は、コア部４５と同様に、３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５と共重合体からなる。

コア部６１がＧＩ型屈折率分布と、且つ、前述した式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１とを備えるため、光結合素子６０は優れた集光効果を発揮し、光学部材との間において極めて高い効率で光結合を行うことができる。また、光結合素子６０は、広帯域の伝送下においても、伝送特性を維持しつつ、高効率の光結合を可能にする。

光結合素子６０が、前述した式（３）ないし（５）を満たすコア部６１及びインナークラッド部５９を備える光結合素子６０から出射された光は、出射面６４から一定の間隔（０μｍより大きく３００μｍ以下）において、回折が抑制されながら直進するため、出射面６４からの出射光の拡がりを抑えることができる。すなわち、光結合素子６０は、出射面６４に対向する光学素子や光学伝送媒体と高効率で光結合することができる。なお、出射面６４と、出射面６４に対向する光学部材とが密着する場合も、上記と同等の効果を発現する。

更に、導光性を有するインナークラッド部５９に入射した光のうち、コア部６１に結合した光は、通信用の信号光として用いることができる。このため、インナークラッド部５９を備える光結合素子６０の実質上の受光面が、入射面６３よりも広くなる。そして、光結合素子６０の光路長Ｌ１が２ｍ以下である場合、コア部６１内を伝播する光の波長に関わらずに、インナークラッド部５９がステップインデックス型光ファイバと同様に導光路として機能することができる。このようなインナークラッド部５９をコア部６１と同質の形成材料から形成することにより、インナークラッド部５９の導光路としての機能が更に向上する。

図８に、光伝送システム７０を示す。光伝送システム７０は、２つのトランシーバ７１及び７２と、これらトランシーバ７１及び７２との間を接続するプラスチック光ファイバケーブル７３と後述する２つの光コネクタとから構成される。プラスチック光ファイバケーブル７３は、プラスチック光ファイバコード７４と、プラスチック光ファイバコード７４の両端を支持するコネクタ７５、７６とを備える。また、コネクタ７５は、光コネクタ７７を介して、トランシーバ７１と接続し、コネクタ７６は、光コネクタ７８を介して、トランシーバ７２と接続する。光伝送システム７０において、トランシーバ７１、７２が、プラスチック光ファイバコード７４及び光コネクタ７７、７８を介して、所定の光信号を送受信することにより、トランシーバ７１、７２の間でデータ通信が行われる。

プラスチック光ファイバコード７４は、２本のプラスチック光ファイバ素線（以下、ＰＯＦと称する）８０，８１を備える。図９のように、ＰＯＦ８０は、光を伝播する芯部８２と、芯部８２の外周に配される外殻部８３とを有する。芯部８２は、外径Ｄ１の円柱状に形成される。芯部８２の片端面には、光が入射する入射面８２ａが形成され（図１０）、芯部８２の他端面には、芯部８２内部を伝播した光が出射する出射面（図示しない）が形成される。また、芯部８２は、第１〜第ｎ層８２ｃ〜８２ｆからなる同心円状のｎ層積層構造を有する。第１〜第ｎ層８２ｃ〜８２ｆの屈折率は、第１〜第ｎ層に向かうにつれて、徐々に高くなっている。こうして、芯部８２には、前述した式（３）〜（５）を満足するＧＩ型の屈折率分布が形成される。更に、芯部８２は、前述した３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とを主成分とする共重合体から形成される。一方、ＰＯＦ８１は、図１０に示すように、光を伝播する芯部８４と、芯部８４の外周に配される外殻部８５とを有する。この芯部８４及び外殻部８５は、芯部８２及び外殻部８３と同一の構造を備える。芯部８４の片端面には、光が入射する入射面（図示しない）が形成され、芯部８４の他端面には、また、芯部８４内部を伝播した光が出射する出射面８４ｂが形成される。

図１０のように、このコネクタ７５は、ＰＯＦ８０、８１を所定の支持ピッチで支持する。また、コネクタ７５は、光コネクタ７７と嵌合するための嵌合面７５ａを備える。このコネクタ７５により、入射面８２ａ及びＰＯＦ８１の出射面８４ｂは、嵌合面７５ａに露出し、且つ、嵌合面７５ａと面一になるように支持される。

次に、トランシーバ７１について説明する。トランシーバ７１は、略直方体に形成されるケース９０と、ケース９０の１つの面９１に形成される発光部９２及び受光部９３を備える。トランシーバ７１に内蔵される発光素子（光源）から出射された光は、発光部９２を介して、出射光としてトランシーバ７１の外部へ出射される。発光素子は、発光部９２の略中央部が光軸となるように、ケース９０内に配される。更に、発光素子は、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの変調が可能な変調部に接続されている。受光部９３を介して入射する光は、受光素子によって検出される。受光素子は、受光部９３の略中央部が光軸となるように、ケース９０内に配される。受光素子は、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの復調が可能な復調部に接続されている。これら発光部９２及び受光部９３は、面９１における発光部９２の光軸と受光部９３の光軸とが所定の形成ピッチになるように配される。この発光素子としては、光源波長が７８０ｎｍや８５０ｎｍのエッジエミッター型のレーザーダイオードに限らず、高速応答が可能な公知のものを用いても良い。また、高速応答性やビーム広がり角などの観点から、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）を発光素子として用いることが好ましい。また、受光素子としては、フォトダイオードなどが好ましい。なお、トランシーバ７２も、トランシーバ７１と同一の構造を備える。

次に、光コネクタ７７を例に挙げて、光コネクタ７７及び光コネクタ７７と同様の構造を有する光コネクタ７８の詳細について説明する。光コネクタ７７は、ケース９６と、長さＬ１の光路を備える２本の光結合素子９７、９８とから構成される。これら光結合素子９７，９８は、前述した光結合素子形成工程１０によって形成される。

光結合素子９７は、図１１に示すように、外径Ｄ１に形成される略円柱状のコア部１００、コア部１００の外周面に配されるクラッド部１０１とから構成される。コア部１００の両端面には、入射面１００ａと出射面１００ｂが形成される（図１０）。そして、コア部１００には、入射面１００ａと出射面１００ｂを結ぶ、式（１）及び式（２）を満たす長さＬ１の光路が形成される。この入射面１００ａから入射した光は、コア部１００の内部を伝播して、出射面１００ｂから出射される。また、コア部１００は、第１〜第ｎ層１００ｃ〜１００ｆからなる同心円状のｎ層積層構造を有する（図１１）。第１〜第ｎ層１００ｃ〜１００ｆの屈折率は、第１〜第ｎ層に向かうにつれて、徐々に高くなっている。こうして、コア部１００には、ＰＯＦ８０の芯部８２と同一のＧＩ型の屈折率分布が形成されている。更に、コア部１００は、前述した３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とを主成分とする共重合体から形成される。

一方、光結合素子９８は、図１０に示すように、略円柱状のコア部１０４、コア部１０４の外周に配されるクラッド部１０５とから構成される。コア部１０４の両端面には、入射面１０４ａと出射面１０４ｂが形成される。そして、コア部１０４には、入射面１０４ａと出射面１０４ｂを結び、式（１）及び式（２）を満たす長さＬ１の光路が形成される。この入射面１０４ａから入射した光は、コア部１０４の内部を伝播して、出射面１０４ｂから出射される。コア部１０４は、芯部８４と同質の材料から形成され、芯部８４と同一の外径Ｄ１に形成される。そして、コア部１０４には、芯部８４と同一の屈折率分布が形成される。

ケース９６は、略直方体に形成される。ケース９６の１つの面１１０には、嵌合孔１１０ａが形成される。この嵌合孔１１０ａの形成により、トランシーバ嵌合面１１０ｂが、面１１０から陥没する位置に形成される。また、嵌合孔１１０ａ及びトランシーバ嵌合面１１０ｂは、トランシーバ７１及び面９１と嵌合可能な寸法に形成される。一方、ケース９６における面１１０に対向する面１１１には、嵌合孔１１１ａが形成される。この嵌合孔１１１ａの形成により、コネクタ嵌合面１１１ｂが、面１１１から陥没する位置に形成される。また、嵌合孔１１１ａ及びコネクタ嵌合面１１１ｂは、コネクタ７５及び嵌合面７５ａと嵌合可能な寸法に形成される。

嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄは、トランシーバ嵌合面１１０ｂには、発光部９２の光軸と受光部９３の光軸との形成ピッチと略同一の形成ピッチで形成される。また、嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄは、光結合素子９７のコア部１００の横断面形状と略同一の寸法に形成される。

嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、コネクタ嵌合面１１１ｂには、コネクタ７５によるＰＯＦ８０、８１の支持ピッチと同一の形成ピッチで形成される。嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、光結合素子９７、９８と嵌合可能な寸法に形成される。

嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、それぞれ嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄを貫通するように形成される。嵌合孔１１１ｃと嵌合孔１１０ｃの形成により、ケース９６には中空部１１３が形成され、嵌合孔１１１ｄと嵌合孔１１０ｄとの形成により中空部１１４が形成される。嵌合孔１１０ｃ側の中空部１１３の内周面には、光結合素子嵌合部１１３ａが形成される。これら中空部１１３、１１４は、光結合素子９７、９８を収納できるような寸法に形成される。光結合素子嵌合部１１３ａの内周部には、嵌合孔１１０ｃと嵌合孔１１１ｃとを貫通する貫通孔１１３ｂが形成される。貫通孔１１３ｂは、光結合素子９７のコア部１００の横断面形状と略同一の寸法に形成される。同様にして、嵌合孔１１０ｄ側の中空部１１４の内周面には、光結合素子嵌合部１１４ａが形成される。光結合素子嵌合部１１４ａの内周部には、嵌合孔１１０ｄと嵌合孔１１１ｄとを貫通する貫通孔１１４ｂが形成される。貫通孔１１４ｂは、光結合素子９８のコア部１０４の横断面形状と略同一の寸法に形成される。

また、光結合素子嵌合部１１３ａは、光結合素子嵌合部１１３ａの嵌合面１１０ｂ側の面とトランシーバ７１の発光部９２との間隔がＷ１、且つ、嵌合面１１１ｂと光結合素子嵌合部１１３ａの嵌合面１１１ｂ側の面との間隔が（Ｌ１＋Ｗ２）になるように形成される。同様にして、光結合素子嵌合部１１４ａは、光結合素子嵌合部１１４ａの嵌合面１１０ｂ側の面とトランシーバ７１の受光部９３との間隔がＷ１、且つ、嵌合面１１１ｂと光結合素子嵌合部１１４ａの嵌合面１１１ｂ側の面との間隔が（Ｌ１＋Ｗ２）になるように形成される。

光伝送システム７０を構築するために、光コネクタ７７、７８を用いて、トランシーバ７１、７２とプラスチック光ファイバケーブル７３とを接続する（図１０）。まず、トランシーバ７１の面９１とトランシーバ嵌合面１１０ｂとが当接するように、トランシーバ７１をケース９６の嵌合孔１１０ａに嵌め合わせる。次に、光結合素子９７の入射面１００ａ側の端面をケース９６の嵌合孔１１１ｃに嵌め合わせ、光結合素子９７を中空部１１３に挿入する。こうして、光結合素子９７の入射面１００ａ側の端面が光結合素子嵌合部１１３ａと当接する。同様にして、もう１本の光結合素子９８の出射面１０４ｂ側の端面をケース９６の嵌合孔１１１ｄに嵌め合わせ、光結合素子９８を中空部１１３に挿入する。こうして、光結合素子９８の出射面１０４ｂ側の端面が光結合素子嵌合部１１３ａと当接する。そして、コネクタ７５の嵌合面７５ａをケース９６のコネクタ嵌合面１１１ｂに嵌め合わせ、嵌合面７５ａがコネクタ嵌合面１１１ｂに当接する。こうして、光コネクタ７７によって、トランシーバ７１と、プラスチック光ファイバケーブル７３とが接続される。同様の手順により、光コネクタ７８によって、トランシーバ７２と、プラスチック光ファイバケーブル７３とが接続される。

次に、光伝送システム７０の作用について説明する。図１２のように、トランシーバ７１は、発光素子を用いて、発光部９２から所定の光信号を出射する。発光部９２から出射された光は、貫通孔１１３ｂを経由して、光結合素子９７の入射面１００ａへ入射する。入射面１００ａから入射した光は、コア部１００とクラッド部１０１との界面での全反射を繰り返しながら、コア部１００内を伝播する。コア部１００内を伝播した光は、出射面１００ｂから出射する。出射面１００ｂから出射した光は、出射面１００ｂに対向するＰＯＦ８０の入射面８２ａに入射し、芯部８２内部を伝播する。

同様にして、トランシーバ７２の発光部が所定の光信号を出射すると、芯部８４の出射面８４ｂから、光が出射される。出射面８４ｂから出射された光は、光結合素子９８の入射面１０４ａに入射する。入射面１０４ａに入射した光は、コア部１０４とクラッド部１０５との界面での全反射を繰り返しながら、コア部１０４内を伝播する。コア部１０４内を伝播した光は、出射面１０４ｂから出射する。出射面１０４ｂから出射した光は、貫通孔１１４ｂを経由して、トランシーバ７１の受光部９３に入射する。

嵌合孔１１０ａ及び嵌合面１１０ｂがトランシーバ７１及び面９１と嵌合可能な寸法に形成される。更に、嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄが、トランシーバ７１の発光部９２の光軸と受光部９３の光軸との形成ピッチと同一の形成ピッチで形成されるため、光コネクタ７７は、トランシーバ７１の発光部９２及び光結合素子９７の入射面１００ａの光軸合わせ、並びに、トランシーバ７１の受光部９３及び光結合素子９８の出射面１０４ｂの光軸合わせをそれぞれ容易にする。同様にして、嵌合孔１１１ａ及び嵌合面１１１ｂがコネクタ７５及び嵌合面７５ａと嵌合可能な寸法に形成され、且つ、嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、ＰＯＦ８０，８１間の支持ピッチと同一のピッチで形成されるため、光コネクタ７７は、ＰＯＦ８０の入射面８２ａ及び光結合素子９７の出射面１００ｂの光軸合わせ、並びに、ＰＯＦ８１の出射面８４ｂ及び光結合素子９８の入射面１０４ａの光軸合わせをそれぞれ容易にする。これら光結合素子９７、９８とＰＯＦ８０、８１や、光結合素子９７、９８と発光面９３及び受光部９３における光軸ずれ量は、４０μｍ以下にすることが好ましい。

光結合素子嵌合部１１３ａにより、光結合素子９７の出射面１００ｂ及び芯部８２の入射面８２ａの間、並びに、光結合素子９８の入射面１０４ａ及び芯部８４の出射面８４ｂの間における焦点調整は容易になる。同様にして、光結合素子嵌合部１１４ａの形成により、光結合素子９７の入射面１００ａ及び発光部９２の間、並びに、光結合素子９８の出射面１０４ｂ及び受光部９３の間における焦点調整は容易になる。

光結合素子９７のコア部１００が、式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１を備えるため、発光部９２から入射面１００ａに入射した光が、光結合素子９７のコア部１００内で集光される。そして、集光された光が出射面１００から出射する。更に、コア部１００が、ＰＯＦ８０の芯部８２と同質の材料から形成され、芯部８２と同一の外径Ｄ１及び屈折率分布を備えるため、光結合素子９７が、ＰＯＦ８０と、トランシーバ７１の発光部９２との間において、優れた光結合効率を発揮することができる。

また、光結合素子９７のコア部１００と、ＰＯＦ８０の芯部８２が、式（３）〜式（５）を満たす屈折率分布を備え、３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５との共重合体から形成されるため、光伝送下において、優れた伝送特性、特に、極めて低い伝送損失を発揮することができる。

したがって、このような光コネクタ７７、７８を用いて、トランシーバと広帯域の光伝送が可能な光伝送媒体とを、高い結合効率で光結合させることもできる。すなわち、このような光コネクタ７７、７８を備える光伝送システム７０は、トランシーバ７１、７２の間で、１０ＧＨｚといった広帯域伝送下においても、優れた伝送特性を発現する。

本実施形態では、出射面１００ｂと入射面８２ａとが密着しない、つまり、光結合素子９７のコア部１００と芯部８２との間に空気が存在する。光結合素子と芯部との間において、材料、屈折率分布或いは、形状が異なる場合は、空気とコア部の界面における屈折と、空気と芯部との界面における屈折とで整合性がとれない。したがって、屈折の不整合に起因する伝送損失により、光結合効率は低下する。一方、コア部１０４が、ＰＯＦ８１の芯部８４と同質の材料から形成され、芯部８４と同一の外径及び屈折率分布を備える場合には、この空気とコア部１００との界面での屈折と、この空気と芯部８２との界面における屈折とで整合性が取れるため、光結合素子９７と芯部８２との間において、極めて高い効率で光結合することができる。

なお、入射面８２ａと出射面１００ｂとの間の光結合において、芯部８２の外径は、光結合素子９７の外径よりも大きくても良い。また、温度変化に起因する光結合素子及びＰＯＦの体積の変化が光伝送システム１２０に影響でない範囲において、光結合素子の出射面と芯部の入射面とを、光結合素子の入射面と芯部の出射面とを密着させてもよい。

上記実施形態では、光コネクタ７７，７８を用いて、プラスチック光ファイバケーブル７３とトランシーバ７１、７２を接続する形態について記載したが、２本のプラスチック光ファイバケーブルを接続する場合には、上記の嵌合孔１１０ａや嵌合孔１１０ｂの変わりに、嵌合孔１１１ａやコネクタ嵌合面１１１ｂのような嵌合孔やコネクタ嵌合面を備える光コネクタを用いることにより、上記内容と同等の効果を発揮することができる。

図１３に、光伝送システムの第２実施形態である光伝送システム１２０を示す。光伝送システム１２０は、２つのトランシーバ７１及び７２と、これらトランシーバ７１及び７２との間を接続するプラスチック光ファイバケーブル１２３とから構成される。プラスチック光ファイバケーブル１２３は、プラスチック光ファイバコード１２４と、プラスチック光ファイバコード１２４の両端を支持するコネクタ１２５、１２６とを備える。また、コネクタ１２５は、光コネクタ１２７を介して、トランシーバ７１と接続し、コネクタ１２６は、光コネクタ１２８を介して、トランシーバ７２と接続する。光伝送システム１２０において、トランシーバ７１、７２が、プラスチック光ファイバコード１２４及び光コネクタ１２７、１２８を介して、所定の光信号を送受信することにより、トランシーバ７１、７２との間でデータ通信が行われる。

プラスチック光ファイバコード１２４は、２本のＰＯＦ１３０，１３１を備える。ＰＯＦ１３０は、図１４のように、光を伝播する芯部１３２と、芯部１３２の外周に配されるインナークラッド部１３３と、インナークラッド部１３３の外周に配される外殻部１３４とを有する。芯部１３２は、外径Ｄ２の円柱状に形成される。芯部１３２の片端面には、光が入射する入射面１３２ａが形成され（図１５）、芯部１３２の他端面には、芯部１３２内部を伝播した光が出射する出射面（図示しない）が形成される。また、芯部１３２は、第１〜第ｎ層１３２ｃ〜１３２ｆからなる同心円状のｎ層積層構造を有する。第１〜第ｎ層１３２ｃ〜１３２ｆの屈折率は、第１〜第ｎ層に向かうにつれて、徐々に高くなっている。こうして、芯部１３２には、前述した式（３）〜（５）を満足するＧＩ型の屈折率分布が形成されている。更に、芯部１３２は、前述した３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とを主成分とする共重合体から形成される。また、インナークラッド部１３３は、外径Ｄ３の円筒状に形成される。そして、インナークラッド部１３３は、第１層１３２ｃと略同一の屈折率を有する。一方、ＰＯＦ１３１は、図１５に示すように、光を伝播する芯部１３５と、芯部１３５の外周に配されるインナークラッド部１３６と、インナークラッド部１３６の外周に配される外殻部１３７とを有する。この芯部１３５、インナークラッド部１３６及び外殻部１３７は、芯部１３２、インナークラッド部１３３及び外殻部１３４と同一の構造を備え、芯部１３２、インナークラッド部１３３及び外殻部１３４と同質の材料から形成される。芯部１３５の片端面には、光が入射する入射面（図示しない）が形成され、芯部１３５の他端面には、また、芯部１３５内部を伝播した光が出射する出射面１３５ｂが形成される。

コネクタ１２５は、ＰＯＦ１３０、１３１を所定の支持ピッチで支持する。また、コネクタ１２５は、光コネクタ１２７と嵌合するための嵌合面１２５ａを備える。コネクタ１２５により、このコネクタ１２５により、入射面１３２ａ及びＰＯＦ１３１の出射面１３５ｂは、嵌合面１２５ａに露出し、且つ、嵌合面１２５ａと面一になるように支持される。

次に、光コネクタ１２７、及び光コネクタ１２７と同様の構造を有する光コネクタ１２８の詳細について、光コネクタ１２７を例に挙げて説明する。光コネクタ１２７は、図１５のように、ケース９６と、式（１）及び式（２）を満たす長さＬ１の光路を備える２本の光結合素子１３７、１３８とから構成される。これら光結合素子１３７，１３８は、前述した光結合素子形成工程１０によって形成される。

光結合素子１３７は、図１６のように、略円柱状のコア部１４０と、コア部１４０の外周に配されるインナークラッド部１４１と、インナークラッド部１４１の外周に配されるクラッド部１４２とから構成される。

コア部１４０は、芯部１３２と同一の外径Ｄ２に形成される。コア部１４０は、第１〜第ｎ層１４０ｃ〜１４０ｆからなる同心円状のｎ層積層構造を有する。第１〜第ｎ層１４０ｃ〜１４０ｆの屈折率は、第１〜第ｎ層に向かうにつれて、徐々に高くなっている。こうして、コア部１４０には、ＰＯＦ１３０と同一のＧＩ型の屈折率分布が形成されている。更に、コア部１４０は、前述した３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５とを主成分とする共重合体から形成される。図１５のように、コア部１４０の両端面には、入射面１４０ａと出射面１４０ｂとが形成される。そして、コア部１４０には、入射面１４０ａと出射面１４０ｂを結ぶ、所定長さＬ１の光路が形成される。この入射面１４０ａから入射した光は、コア部１４０の内部を伝播して、出射面１４０ｂから出射される。また、インナークラッド部１４１は、外周Ｄ３の円筒状に形成され、第１層１４０ｃと同一の屈折率を備える（図１６）。

一方、光結合素子１３８は、図１７のように、略円柱状のコア部１４４、コア部１４４の外周に配されるインナークラッド部１４５、インナークラッド部１４５の外周に配されるクラッド部１４６とから構成される。コア部１４４の両端面には、入射面１４４ａと出射面１４４ｂとが形成される。そして、コア部１４４には、入射面１４４ａと出射面１４４ｂとを結び、前述した式（１）及び式（２）を満たす長さＬ１の光路が形成される（図１５）。この入射面１４４ａから入射した光は、コア部１４４の内部を伝播して、出射面１４４ｂから出射される。コア部１４４は、芯部１３２と同質の材料から形成され、芯部１３２と同一の外径に形成される。そして、コア部１４４には、芯部１３２と同一の屈折率分布が形成される。

ケース９６は、図１５のように、略直方体に形成される。ケース９６の１つの面１１０には、嵌合孔１１０ａが形成される。この嵌合孔１１０ａの形成により、トランシーバ嵌合面１１０ｂが、面１１０から陥没する位置に形成される。また、嵌合孔１１０ａ及びトランシーバ嵌合面１１０ｂは、トランシーバ７１及び面９１と嵌合可能な寸法に形成される。一方、ケース９６において面１１０に対向する面１１１には、嵌合孔１１１ａが形成される。この嵌合孔１１１ａの形成により、コネクタ嵌合面１１１ｂが、面１１１から陥没する位置に形成される。また、嵌合孔１１１ａ及びコネクタ嵌合面１１１ｂは、コネクタ１２５及び嵌合面１２５ａと嵌合可能な寸法に形成される。

トランシーバ嵌合面１１０ｂには、トランシーバ７１の面９１における発光部９２と受光部９３の形成ピッチと同一の形成ピッチで、嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄが形成される。
また、嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄは、光結合素子１３７のコア部１４０の横断面形状と略同一の寸法に形成される。

コネクタ嵌合面１１１ｂには、コネクタ１２５によるＰＯＦ１３０、１３１の支持ピッチと同一の形成ピッチで嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄが形成される。嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、光結合素子１３７、１３８と嵌合可能な寸法に形成される。また、嵌合孔１１１ｃ、１１１ｄは、それぞれ嵌合孔１１０ｃ、１１０ｄを貫通するように形成される。嵌合孔１１１ｃと嵌合孔１１０ｃの形成により、ケース９６には中空部１１３が形成され、嵌合孔１１１ｄと嵌合孔１１０ｄとの形成により中空部１１４が形成される。嵌合孔１１０ｃ側の中空部１１３の内周面には、光結合素子嵌合部１１３ａが形成される。光結合素子嵌合部１１３ａの内周部には、嵌合孔１１０ｃと嵌合孔１１１ｃとを貫通する貫通孔１１３ｂが形成される。貫通孔１１３ｂは、光結合素子１３７のインナークラッド部１４１の横断面形状と略同一の寸法に形成される。同様にして、嵌合孔１１０ｄ側の中空部１１４の内周面には、光結合素子嵌合部１１４ａが形成される。光結合素子嵌合部１１４ａの内周部には、嵌合孔１１０ｄと嵌合孔１１１ｄとを貫通する貫通孔１１４ｂが形成される。貫通孔１１４ｂは、光結合素子１３８のインナークラッド部１４５の横断面形状と略同一の寸法に形成される。

また、光結合素子嵌合部１１３ａは、光結合素子嵌合部１１３ａの嵌合面１１０ｂ側の面とトランシーバ７１の発光部９２との間隔がＷ３、且つ、嵌合面１１１ｂと光結合素子嵌合部１１３ａの嵌合面１１１ｂ側の面との間隔が（Ｌ１＋Ｗ４）になるように形成される。同様にして、光結合素子嵌合部１１４ａは、光結合素子嵌合部１１４ａの嵌合面１１０ｂ側の面とトランシーバ７１の受光部９３との間隔がＷ３、且つ、嵌合面１１１ｂと光結合素子嵌合部１１３ａの嵌合面１１１ｂ側の面との間隔が（Ｌ１＋Ｗ４）になるように形成される。このＷ３及びＷ４は、０μｍより大きく３００μｍ以下であることが好ましい。

図１３に示すような光伝送システム１２０を構築するために、光コネクタ１２７、１２７を用いて、トランシーバ７１、７２とプラスチック光ファイバケーブル１２３とを接続する（図１５）。まず、トランシーバ７１の面９１とトランシーバ嵌合面１１０ｂとが当接するように、トランシーバ７１を嵌合孔１１０ａに嵌め合わせる。次に、光結合素子１３７の入射面１４０ａ側の端面を嵌合孔１１１ｃに嵌め合わせ、光結合素子１３７を中空部１１３に挿入する。こうして、光結合素子１３７の入射面１４０ａ側の端面が光結合素子嵌合部１１３ａと当接する。同様にして、もう１本の光結合素子１３８の出射面１４４ｂ側の端面を嵌合孔１１１ｄに嵌め合わせ、光結合素子１３８を中空部１１３に挿入する。こうして、光結合素子１３８の出射面１４４ｂ側の端面が光結合素子嵌合部１１３ａと当接する。そして、コネクタ１２５の嵌合面１２５ａをケース９６のコネクタ嵌合面１１１ｂに嵌め合わせ、嵌合面１２５ａがコネクタ嵌合面１１１ｂに当接する。こうして、光コネクタ１２７によって、トランシーバ７１と、プラスチック光ファイバケーブル１２３とが接続される。同様の手順により、光コネクタ１２８によって、トランシーバ７２と、プラスチック光ファイバケーブル１２３とが接続される。

本発明の作用について、図１７を用いて説明する。トランシーバ７１は、発光素子を用いて、発光部９２から所定の光信号を出射する。発光部９２から出射された光は、貫通孔１１３ｂを経て、光結合素子１３７の入射面１４０ａへ入射する。入射面１４０ａから入射した光は、コア部１４０とインナークラッド部１４１との界面での全反射を繰り返し、コア部１４０内を伝播する。コア部１４０内を伝播した光は、出射面１４０ｂから出射する。出射面１４０ｂから出射した光は、出射面１４０ｂに対向するＰＯＦ１３０の入射面１３２ａに入射し、芯部１３２内部を伝播する。

同様にして、トランシーバ７２の発光部が所定の光信号を出射すると、芯部１３５の出射面１３５ｂから、光が出射される。出射面１３５ｂから出射された光は、光結合素子１３８の入射面１４４ａに入射する。入射面１４４ａに入射した光は、コア部１４４とインナークラッド部１４５との界面での全反射を繰り返しながら、コア部１４４内を伝播する。コア部１４４内を伝播した光は、出射面１４４ｂから出射する。出射面１４４ｂから出射した光は、貫通孔１１４ｂを経て、トランシーバ７１の受光部９３に入射する。

このコア部１４０の外周に形成されるインナークラッド部１４１により、実質上の受光面が入射面１４０ａよりも広くなるため、発光部９２と光結合素子１３７との間の光結合効率は向上する。また、光結合素子１３７のコア部１４０が、式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１を備えるため、光結合素子１３７のコア部１４０内で集光された光が、出射面１４０ｂからＰＯＦ１３０の入射面１３２ａに入射する。そして、出射面１４０ｂと入射面１３２ａとの距離がＷ４であるため、出射面１４０ｂから出射した光の拡がりが抑制されたまま入射面１３２ａに入射するため、光結合素子１３７とＰＯＦ１３０との光結合効率が向上する。

同様にして、このコア部１４４の外周に形成されるインナークラッド部１４５により、実質上の受光面が入射面１４４ａよりも広くなるため、芯部１３５と光結合素子１３８との間の光結合効率は向上する。また、光結合素子１３８のコア部１４４が、式（１）及び式（２）を満たす光路長Ｌ１を備えるため、光結合素子１３８のコア部１４４内で集光された光が、出射面１４４ｂから受光部９３に入射する。そして、出射面１４４ｂと受光部９３との距離がＷ３であるため、出射面１４４ｂから出射した光の拡がりが抑制されたまま受光部９３に入射するため、光結合素子１３８とトランシーバ７１との光結合効率が向上する。すなわち、光コネクタ１２５、１２６は、プラスチック光ファイバケーブル１２３とトランシーバ７１、７２とにおいて優れた結合効率で光結合を行うことができる。

（第１部材）
次に、コア部の前駆体である第１部材１１を形成する材料について説明する。第１部材１１は、第１〜第ｎ層を備えている。これら第１〜第ｎ層は、第１〜第ｎの重合性組成物の共重合体を含む。これら第１〜第ｎの重合性組成物の調製において、第１、第２・・・第（ｎ−１）、第ｎの重合性組成物になるにつれて、第１化合物に対する第２化合物の混合割合が徐々に高くなるように調整されている。第２化合物の屈折率は第１化合物の屈折率よりも高い。このため、各重合工程３１ｂ〜３４ｂにおいて形成される第１層から第ｎ層の屈折率は、第１層から第ｎ層になるにつれて高くなる。このように第１〜第ｎ層形成工程３１〜３４を行うことにより、所望の屈折率分布を備える第１部材１１を形成することができる。

また、これらの第１化合物と第２化合物との共重合から形成されるコア部は、吸湿時でも低伝送損失の維持が可能になる。また、このコア部は、光透過性が高く、光学異方性を生じないため、優れた伝送特性を備える。更に、このようなコア部を備える光結合素子の製造には、プラスチック光ファイバ製造工程において従来から用いられている加熱延伸処理が適用可能であるため、容易且つ安価に光結合素子を製造することができる。

この第１化合物及び第２化合物の最も好ましい具体例として、重合体の屈折率が１．４１である重水素置換した２，２，２トリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭｄ７）と、重合体の屈折率が１．４９である重水素置換したペンタフルオロフェニルメタクリレート（ＰＦＰＭＡｄ５）とが挙げられる。各重合性組成物の調整段階において、３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５との混合比を適正なものにすることにより、第１部材１１に所望の屈折率分布を形成することができる。この水素原子の一部が重水素原子に置き換わった３ＦＭｄ７とＰＦＰＭＡｄ５との使用により、コア部の伝送損失を低下させることが可能になる。なお、第１化合物及び第２化合物の詳細については後述する。

このとき、各層間の親和性やポリマーの調整および製造におけるハンドリング性の観点から、第１化合物と第２化合物との配合比を調整して製造することが好ましいが、最終製品の光学的特性、機械的性能向上や製造適性を考慮して、３種類以上の重合性組成物を用いてもよい。その際には、各重合性組成物の成分や配合比を層ごとに変えてもよい。このように、異なる屈折率を示すホモポリマーのモノマーを異なる配合比で共重合させることにより、各層の屈折率に差を発現させることができる。

また、各層は同じ重合性組成物を用いて形成されるので、隣接する層で形成される界面での親和性を向上させることができ、界面における散乱を低減させることができる。なお、水素置換化合物と重水素置換化合物との親和性は同一とみなす事が出来る。このため、水素置換化合物及び重水素置換化合物を同一の重合性組成物として取り扱うことができる。一方、各層を異なる重合性組成物により形成させると、隣接する層で形成される界面の親和性を向上させるのが困難であり、光の散乱により伝送損失が上昇してしまうために好ましくない。

なお、各層に屈折率分布を付与させる方法としては、上記の他に、各層３６〜３９を形成させる重合性組成物に屈折率調整剤を添加し、さらに、各層３６〜３９の屈折率調整剤の添加量を互いに異なるように調製することにより、所望の屈折率分布を付与することもできる。この場合には、径の内側にしたがい屈折率調整剤の添加量を高くすることで、外側から径の中心に向かうにしたがい次第に屈折率を高くすることができる。

（重合性組成物）
次に、第１〜第ｎの重合性組成物の詳細について説明する。第１〜第ｎ重合性組成物には非晶質のポリマーが用いられることが好ましい。非晶質ポリマーから形成される共重合体は、光散乱が発現しにくく、更に、互いの層の間における密着性が向上する。より好ましくは、機械的特性や耐湿熱性に優れているポリマーとすることである。

本発明における第１〜第ｎの重合性組成物は、前述した３ＦＭｄ７やＰＦＰＭＡｄ５に限られず、第１化合物及び第２化合物の混合体であればよい。次にこの第１化合物及び第２化合物の詳細について説明する。なお、本明細書において、特に断わらない限り、「Ｈ」は水素原子を示し、「Ｄ」は重水素原子を示す。また、本発明における「重合」は、特に断わらない限り、「共重合」を含む趣旨である。

第１〜第ｎの重合性組成物には、一般式（１）で表される第１化合物と、一般式（２）で表される第２化合物と、所定の重合開始剤などの添加剤とからなる混合体である。

一般式（１）

一般式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｒ^４は少なくとも一部がフッ素原子で置換された炭素原子数２〜８のアルキル基を表す。Ｒ^１、Ｒ^２は、Ｄであることが好ましい。Ｒ^３は、Ｈ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３、フッ素原子または塩素原子が好ましく、ＣＤ_３またはフッ素原子、塩素原子がより好ましく、ＣＤ_３がさらに好ましい。Ｒ^４は炭素原子数２〜６のフッ素置換されたアルキル基が好ましく、炭素原子数２〜４のフッ素置換されたアルキル基がさらに好ましい。フッ素置換されたアルキル基については分岐や環構造をとっても良いが、直鎖のものが好ましい。さらにフッ素置換されたアルキル基中に存在するＣ−Ｈ結合は、その一部または全部がＣ−Ｄ結合に置換されていることが好ましい。すなわち、一般式（１）は、重水素化フルオロアルキルメタクリレートを有していることが好ましく、その重水素化置換率は９５％以上１００％未満であるのが好ましい。

一般式（２）

一般式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５はＨ、Ｄ、ハロゲン原子またはＣＦ_３のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５の少なくとも一つはハロゲン原子またはＣＦ_３を表す。Ｒ^１、Ｒ^２は、Ｄが好ましい。Ｒ^３は、Ｈ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３、フッ素原子または塩素原子が好ましく、ＣＤ_３、がより好ましい。Ｘ^１〜Ｘ^５はそれぞれ独立にフッ素原子、塩素原子またはＣＦ_３が好ましく、フッ素原子または塩素原子がより好ましく、一般式（２）中の、フェニル基のハロゲン原子（特に好ましくはフッ素原子）置換数は２以上がさらに好ましく、３以上が最も好ましい。すなわち、一般式（２）は、重水素化ハロゲン化フェニルメタクリレートを有していることが好ましく、その重水素化置換率は９５％以上１００％未満であるのが好ましい。

前記一般式（１）で表される化合物の具体的な第１化合物の例を以下に示す。本発明はこれらの化合物に限定されるものでないことは言うまでもない。

前記一般式（２）で表される第２化合物の具体的な化合物例を以下に示す。本発明はこれらの化合物に限定されるものでないことは言うまでもない。

前記一般式（１）で表される第１化合物からなるポリマーの屈折率と前記一般式（２）で表される第２化合物からなるホモポリマーの屈折率とは異なるため、上記一般式（１）で表される第１化合物と一般式（２）で表される第２化合物の組成比を変える事により種々の屈折率のコポリマーを得ることができる。具体的には、例えば、上記ＦＡ−１からなるホモポリマーの屈折率は１．４２であり、上記ＦＰ−１からなるホモポリマーの屈折率は１．５０である。またその組成比を漸進的に変化させて重合させることにより屈折率分布を有する光学樹脂を製造することが可能である。

本発明の重合性組成物に熱および／または光等が供与されると、添加剤である重合開始剤から発生するラジカル等によって前記含フッ素系重合性モノマーの重合が開始される。本発明の重合性組成物は、連鎖移動剤としてフッ素置換された化合物を用いているので、重合体（含フッ素マトリックス）中に残留した場合に、該重合体からなる光学部材の伝送損失を軽減し、光伝送能を向上させることができる。さらに、屈折率分布型光学部材を作製する場合は、一般式（１）で表される第１化合物と一般式（２）で表される第２化合物の組成比を漸進的に変化させることにより屈折率分布構造を形成し易い。また、重合性モノマーの重合速度および重合度は、前記重合開始剤および前記連鎖移動剤によって制御され、重合体の分子量を所望の分子量に調整することができるので、例えば、得られた重合体を延伸により線引きして、光ファイバとする場合は、分子量を調整することによって延伸時における機械的特性を所望の範囲とすることができ、生産性の向上にも寄与する。

第１の重合性組成物としては、ポリマーの中でも屈折率が低いものであることが好ましく、第１〜第ｎの重合性組成物としては、一般式に規定されるような含フッ素（メタ）アクリル酸エステルが挙げられる。なお、第１〜第ｎの重合性組成物を選択する際には、少なくとも一方の屈折率や親和性などの関係を考慮することが好ましい。

上記の含フッ素アクリル酸エステルおよび含フッ素メタクリル酸エステルとしては、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、１−トリフルオロメチル−２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレートなどが挙げられる。もちろん、これらに限定されるものではなく、重合性組成物の単独あるいは共重合体からなるポリマーの屈折率が、光伝送体に成形されたときに所定の屈折率分布を成形体の中で有するように、種類や組成比を決定することが好ましい。

また、上記の第１及び第２化合物の他、以下のものを第１〜第ｎの重合性組成物として添加しても良い。例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）とトリフルオロエチルメタクリレート（３ＦＭ）やヘキサフルオロイソプロピルメタクリレートなどのフッ化（メタ）アクリレートとの共重合体がある。また、ＭＭＡと，ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレートなどの分岐を有する（メタ）アクリレート、イソボルニルメタクリレート、ノルボルニルメタクリレート、トリシクロデカニルメタクリレートなどの脂環式（メタ）アクリレートなどとの共重合体がある。さらには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノルボルネン系樹脂（例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標：日本ゼオン（株）製））、ファンクショナルノルボルネン系樹脂（例えば、ＡＲＴＯＮ（登録商標：ＪＳＲ製）など）、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）を用いることもできる。また、フッ素樹脂の共重合体（例えば、ＰＶＤＦ系共重合体）やテトラフルオロエチレンパーフルオロ（アルキルビニルエーテル（ＰＦＡ））ランダム共重合体、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）共重合体などを用いることもできる。また、ＰＯＦ１２を近赤外光用途に用いるためには、ポリマーを構成するＣ−Ｈ結合に起因した吸収損失が起こるために、特許３３３２９２２号公報や特開２００３−１９２７０８号公報などに記載されているような、Ｃ−Ｈ結合の水素原子を重水素原子やフッ素などで置換したポリマーを用いることで、この伝送損失を生じる波長域を長波長化することができ、伝送信号光の損失を軽減することができる。このようなポリマーとしては、例えば、重水素化ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ−ｄ８）、ポリトリフルオロエチルメタクリレート（Ｐ３ＦＭＡ）、ポリヘキサフルオロイソプロピル２−フルオロアクリレート（ＨＦＩＰ ２−ＦＡ）などを例示することができる。ただし、これら添加成分が増加すると伝送性能や製造適性が変わってしまい、本発明の効果を消失させるため、添加による効果を享受できる最低限に抑えることが好ましく、添加成分を加えないことが特に好ましい。前述した添加成分を添加しないことが特に好ましい。なお、重合後の重合体の透明性を損なわないために、重合前に、不純物や散乱源となる異物の除去処理を、重合性組成物の原料に施すことが望ましい。

（添加剤）
本発明において、第１〜第ｎの重合性組成物に添加剤を添加し、第１〜第ｎの重合性組成物を共重合させてコポリマーとする。この添加剤としては、重合開始剤及び連鎖移動剤などがある。

（重合開始剤）
本発明に用いられる重合開始剤としては、例えば、ラジカルを生成するものが各種ある。ラジカルを生成する重合開始剤として、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサネート（ＰＢＯ）、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド（ＰＢＤ）、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート（ＰＢＩ）、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）バラレート（ＰＨＶ）などのパーオキサイド系化合物が挙げられる。また、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）などがある。

上記以外にも、特開２００３−１９２７１４号公報や特開２００３−２４６８１３号公報に開示されるように、ニトリル基を含まない、即ちニトリル基不含のアゾ化合物を重合開始剤として用いることができる。アゾ系化合物は、（メタ）アクリル酸エステル系モノマーの重合開始剤として好ましいが、ニトリル基を有するアゾ化合物は、加熱による着色が著しく、光ファイバ等の光学部材に要求される光伝送能を満足しない。特に連鎖移動剤として添加するメルカプタン類を併用する際には顕著である。ニトリル基不含のアゾ化合物を用いていることにより、芯部の着色による光伝送能の低下がなく、高い光伝送能を有する光学部材を作製できる。前記ニトリル基不含のアゾ化合物としては、下記一般式（３）で表される化合物が好ましい。

一般式（３）

前記一般式（３）中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は各々独立して、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のシクロアルキル基、−ＣＯＯＲ^４、または−ＣＯＮＲ^５Ｒ^６を表し、Ｒ^４は炭素数１〜５のアルキル基を表し、Ｒ^５およびＲ^６は各々独立して、炭素数１〜９のアルキル基または炭素数３〜６のシクロアルキル基を表す。Ｒ^５およびＲ^６が結合して環を形成してもよい。Ｒ^１〜Ｒ^６がそれぞれ表すアルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。Ｒ^１〜Ｒ^６がそれぞれ表すアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎープロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基およびネオペンチル基等が挙げられる。好ましくはメチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ネオペンチル基等であり、さらに好ましくはメチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ネオペンチル基等である。Ｒ^１〜Ｒ^３、Ｒ^５およびＲ^６がそれぞれ表すシクロアルキル基としては、シクロヘキシル基が好ましい。

前記一般式（３）で表される化合物の具体例としては、２，２’−アゾビス（２−メチルプロパン）、２，２’−アゾビス（２−メチルブタン）、２，２’−アゾビス（２−メチルペンタン）、２，２’−アゾビス（２，３−ジメチルブタン）、２，２’−アゾビス（２−メチルヘキサン）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルペンタン）、２，２’−アゾビス（２，３，３−トリメチルブタン）、２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−メチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−メチルヘキサン）、３，３’−アゾビス（３，４−ジメチルペンタン）、３，３’−アゾビス（３−エチルペンタン）、ジメチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ジエチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）などのアゾ系化合物が挙げられる。なお、重合開始剤は、これらに限定されるものではない。また、前述したもののうち２種類以上を併用してもよい。

（連鎖移動剤）
第１〜第ｎの重合性組成物を共重合させてコポリマーとしたときの機械特性や熱物性などの各種物性値を全体にわたって均一に保つために、連鎖移動剤を用いて、重合度の調整を行うことが好ましい。連鎖移動剤については、併用する重合性モノマーの種類に応じて、適宜、種類および添加量を選択できる。各モノマーに対する連鎖移動剤の連鎖移動定数は、例えば、ポリマーハンドブック第３版（Ｊ．ＢＲＡＮＤＲＵＰおよびＥ．Ｈ．ＩＭＭＥＲＧＵＴ編、ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ＆ＳＯＮ発行）を参照することができる。また、該連鎖移動定数は大津隆行、木下雅悦共著「高分子合成の実験法」化学同人、昭和４７年刊を参考にして、実験によっても求めることができる。

連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類（例えば、ｎ−ブチルメルカプタン、ｎ−ペンチルメルカプタン、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンなど）、チオフェノール類（チオフェノール、ｍ−ブロモチオフェノール、ｐ−ブロモチオフェノール、ｍ−トルエンチオール、ｐ−トルエンチオールなど）などを用いることが好ましい。特に、ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ラウリルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンのアルキルメルカプタンを用いるのが好ましい。また、Ｃ−Ｈ結合の水素原子が重水素原子で置換された連鎖移動剤を用いることもできる。なお、連鎖移動剤は勿論これらに限定されるものではなく、２種類以上の連鎖移動剤を併用してもよい。

上記に挙げたもの以外の連鎖移動剤も、本発明に適用することが可能である。例えば、フッ素置換されたメルカプタン類は、構造内にフッ素を質量換算で５０％以上含有しているのが好ましく、６０％以上含有しているのがより好ましい。フッ素置換されたメルカプタン類としては、下記一般式（４）または一般式（５）で表される化合物が好ましい。

一般式（４）

一般式（５）

一般式中、Ａは水素原子、重水素原子またはフッ素原子を表す。一般式中、ｐ、ｑおよびｒは、１５＞ｐ＞ｒ≧０、１５＞ｑ＞ｒ≧０の関係を満足する整数を各々表す。上式の関係を満足しつつ、ｐは１〜１５のいずれかの整数であるのが好ましく、２〜１２のいずれかの整数であるのがより好ましく、ｑは１〜１５のいずれかの整数であるのが好ましく、２〜１２のいずれかの整数であるのがより好ましく、ｒは０〜４のいずれかの整数であるのが好ましく、０〜２のいずれかの整数であるのがより好ましい。

前記一般式（４）および（５）で表される化合物の具体的な化合物例を以下に示す。前記連鎖移動剤は、２種類以上併用してもよい。

前述した重合開始剤や連鎖移動剤の各添加量は、使用する第１〜第ｎ層用モノマーである重合性組成物の種類などに応じて、好ましい範囲を適宜決定することができる。本実施形態においては、重合開始剤は、第１〜第ｎ重合性組成物に対して、０．００５〜０．５モル％となるように添加しているが、この添加率を０．０１０〜０．１モル％とすることがより好ましい。また、前記連鎖移動剤は、第１〜第ｎ重合性組成物に対して、０．００５〜０．５モル％となるように添加しているが、この添加率を０．０１〜０．１モル％とすることがより好ましい。

（屈折率調製剤）
所望の屈折率分布を付与するために、非重合性の化合物である屈折率調整剤を、添加剤として用いても良い。このような屈折率制御剤を用いることにより、屈折率分布係数ｇの値を所望の範囲に制御しやすくなる。なお、屈折率調整剤は、第１〜第ｎ重合性組成物に対して、０．０１〜２５重量％添加することが好ましく、１〜２０重量％添加することがより好ましい。

屈折率調整剤として、高屈折率で分子体積が大きく、重合に関与せず、溶融状態のポリマー中で所定の拡散速度を有する低分子化合物を用いることが好ましい。なお、屈折率調整剤は、モノマーに限定されず、オリゴマー（ダイマー，トリマーなどを含む）であってもよい。

また、屈折率調整剤としては、例えば、安息香酸ベンジル（ＢＥＮ），硫化ジフェニル（ＤＰＳ），リン酸トリフェニル（ＴＰＰ），フタル酸ベンジル−ｎ−ブチル（ＢＢＰ），フタル酸ジフェニル（ＤＰＰ），ジフェニル（ＤＰ），ジフェニルメタン（ＤＰＭ），リン酸トリクレジル（ＴＣＰ），ジフェニルスルホキシド（ＤＰＳＯ）などの非重合性低分子化合物を用いてもよく、中でも、ＢＥＮ、ＤＰＳ、ＴＰＰ、ＤＰＳＯを使用することが好ましい。このような屈折率調整剤を、第１部材１１や第２部材１３あるいは第３部材１５を形成させるホモポリマーに添加し、さらに、屈折率調整剤の濃度分布を調整することにより各部材の屈折率を所望の値に制御する。

（その他添加物）
その他にも、芯部内部に形成される各層或いは一部の層に、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を添加することができる。例えば、各層もしくはその一部の層に耐候性や耐久性などを向上させる目的で、安定剤を添加することができる。

また、光伝送性能の向上を目的として、光信号増幅用の誘導放出機能化合物を添加することもできる。該化合物を添加することにより、減衰した信号光を励起光により増幅することができ、伝送距離が向上するので、例えば、光伝送リンクの一部にファイバ増幅器として用いることができる。これらの添加剤を各種重合性組成物とともに重合することにより、各層或いは一部の層に誘導放出機能化合物を添加することができる。

（第２部材）
また、第２部材１３は、第１部材１１の屈折率よりも低い重合性組成物により形成させてもよいし、モノマーにより形成させてもよい。また、第１層３６の屈折率と略同等となるように形成してもよいが、第２部材１３は第１部材１１の第１層３６の屈折率よりも低い方が好ましい。後述する実施例では、第２部材１３が第１層３６の屈折率より低くなるように調整したが、コア部４５とクラッド部４６により光がコア部４５内部を確実に伝播するように径方向に対して所望の屈折率の高低分布が得られるように調整すればよく、特に限定はされない。このとき、屈折率を調整する際には、上記のように配合する材料により調整してもよいし、前述した屈折率調整剤を添加してもよい。

第２部材１３を形成する材料としては、タフネスに優れ、耐湿熱性にも優れているものを用いることが好ましい。この具体的な材料としては、フッ素含有モノマーの単独重合体または共重合体が挙げられる。フッ素含有モノマーの中では、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン/ビニリデンフルオライド三元系コポリマー（ＴＨＶ）樹脂を用いることが好ましい。このＴＨＶ樹脂以外の材料としては、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂，四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合（ＦＥＰ）樹脂，テトラフルオロエチレンパーフルオロ（アルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）樹脂などがあり、これらを用いて第２部材１３を形成してもよい。

なお、コア部とクラッド部の境界に配されるインナークラッド部５９の形成材料として、第１層３６の外周面の屈折率と略同一となるように調整された重合性組成物を用いることができる。また、第１層３６の外周面の略同一となるような屈折率を備えるパイプ２５を用いて第１部材１１を形成してもよい。

以下、本発明に関する実施例を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に示す光結合素子製造工程１０にしたがい光結合素子１９を製造した。溶融押出成形により作製した内径１９．５ｍｍ、長さ２７ｃｍのＰＶＤＦ管を、第１部材１１として機能するパイプ２５とし、この中空部に第１の重合性組成物を、孔径が０．２μｍのＰＴＦＥメンブランフィルターを用いて濾過しながら注入した。第１の重合性組成物としては、重合成化合物として３ＦＭｄ７（以下、ａと称する）を２１．７３ｍｌおよび重合成化合物としてＰＦＰＭＡｄ５（以下、ｂと称する）を４．５６ｍｌ混合してから、重合開始剤として２，２ジメチルアゾビスイソブチレートを０．１ｍｏｌ％と３−メルカプトプロピオン酸エチルを０．０５ｍｏｌ％とを添加したものを調製した。

第１の重合性組成物が注入された屈折率が１．４１であるＰＶＤＦ管を、回転重合装置の重合器本体に長手方向が水平となるようにセットし、２０００ｒｐｍで回転させながら９０℃の雰囲気下で２時間の加熱重合を行った。重合容器はＳＵＳ製のものを使用した。このとき、回転する重合容器の近傍、具体的には１〜２ｃｍ離れた位置に非接地型熱電対を設けて、温度を測定し、この測定温度を重合反応による温度としてみなした。また、この方法により測定された重合反応の発熱における温度ピーク（発熱ピーク）を求めた。実施例１では、重合開始から約１時間２０分経過したときに６７℃の発熱ピークが認められた。以上により、パイプ２５の内面に第１層３６を形成させた。なお、得られた重合体の転化率は９０％であった。

次に、重合容器からパイプ２５を取り出し、第１層３６の中空部に第２混合溶液を注入し、回転重合させることにより第２層３７を形成させた。このとき、第１層３６を形成したときと同じ条件，方法を用いた。第２の重合性組成物としては、ａを７．５７ｍｌおよびｂを１．９９ｍｌ混合してから、重合開始剤として２，２ジメチルアゾビスイソブチレートを０．１ｍｏｌ％と３−メルカプトプロピオン酸エチルを０．０５ｍｏｌ％とを添加した混合溶液を用いた。そして、第２層３７を形成した後、表１に示すように配合比としてｂ／ａが異なるように調製した第３〜第１１混合溶液を用いて、径の中心に向かうにしたがい第３〜第１１の重合性組成物の注入量を表１のように減らしながら、上記と同じ工程を繰り返し行うことにより、第１部材１１となるパイプ２５の内部に１１層の複層構造を形成させてＰＶＤＦからなる第２部材１３を製造した。第２部材１３の最外層である第１層３６の外周面での屈折率は１．４３２であった。

第１１混合溶液を重合させた後、９０℃に加熱させた状態で６時間保持し残存している重合成化合物を反応させ、光結合素子前駆体１５とした。このとき、第１部材１１の屈折率と第２部材１３の外面との屈折率差は０．０２２であった。その後、得られた光結合素子前駆体１５の空洞部４２を減圧させながら２００℃に加熱させた状態で、溶融延伸させることにより空洞部４２を閉塞させるとともに、第１部材１１と第２部材１３とを密着させることにより隙間４２を消失させて、コア部４５の外径Ｄ１が１２０μｍの光結合素子母材１７を得た。このとき、光結合素子母材１７の外径の変動は±１５μｍであった。

得られた光結合素子母材１７の伝送損失を測定したところ、光源波長８５０ｎｍにて１００ｄＢ／ｋｍであった。

分断工程２０にて、この光結合素子母材１７を所定の光路長さＬ１で切り出し、両端面を研磨し、光路長７ｍｍを備える光結合素子１９を得た。

この光結合素子１９を、ケース９６の嵌合孔１１０ｄ、１１１ｄにそれぞれ挿入し、光コネクタを作成した。この光コネクタを用いて、光源（波長８５０ｎｍ）を備えるトランシーバ７１、７２と、プラスチック光ファイバケーブル７３の両端に備わるＳＭＩコネクタとを接続し、光伝送システムを構築した。本実施例では、長さ５０ｍであって、光結合素子１９のコア部４５と同一のコア径、同一の屈折率分布を備え、同一の材料から形成されるＰＯＦを備えるプラスチック光ファイバケーブルを、プラスチック光ファイバケーブル７３として用いた。このとき、光結合素子１９及び受光部９３、並びに光結合素子１９及び発光部９２の光軸ずれ量は、断面方向で１５μｍ、長手方向で５μｍであった。また、ＳＭＩコネクタ及び発光部９２、並びにＳＭＩコネクタ及び受光部９３の結合損失は、それぞれ０．７ｄＢであった。

トランシーバ７１に備わる変調部を用いて、テスト信号に基づいて１０ＧＨｚの変調信号を生成した。発光素子と、発光部９２を用いて、この変調信号を送信したところ、トランシーバ７２にて変調信号を受信し、テスト信号に復調することができた。すなわち、この光伝送システムにおいて、１０ＧＨｚの広帯域伝送を行うことができた。

＜比較例＞
実施例１において、光コネクタを用いずに、トランシーバ７１、７２の発光部９２及び受光部９３に、ＳＭＩコネクタを介して、プラスチック光ファイバケーブル７３を接続し、光伝送システムを構築した。このときの、ＳＭＩコネクタ及び発光部９２、並びにＳＭＩコネクタ及び受光部９３の結合損失は、それぞれ０．７ｄＢであった。この光伝送システムにおいて、実施例１と同様に、トランシーバ７１から１０ＧＨｚの変調信号を送信したところ、結合損失が大きいため、トランシーバ７２にて受信することができなかった。

光結合素子製造工程の概要を示す説明図である。 第１部材形成工程の流れを示す工程図である 光結合素子前駆体の径方向の断面図である。 光結合素子の斜視図である。 （ａ）光結合素子の径方向の断面図であり、（ｂ）は本実施形態での光結合素子の屈折率分布図である。 光結合素子の斜視図である。 （ａ）光結合素子の径方向の断面図であり、（ｂ）は本実施形態での光結合素子の屈折率分布図である。 本発明の光伝送システムの第１の実施形態の概要を示す説明図である。 ＰＯＦの径方向の断面図である。 光伝送システムにおける、光コネクタを用いて、プラスチック光ファイバとトランシーバとを接続する様子を示す説明図である。 光結合素子の径方向の断面図である。 プラスチック光ファイバと光結合素子及びトランシーバと光結合素子の接続部の断面図である。 本発明の光伝送システムの第２の実施形態の概要を示す説明図である。 ＰＯＦの径方向の断面図である。 光伝送システムにおける、光コネクタを用いて、プラスチック光ファイバとトランシーバとを接続する様子を示す説明図である。 光結合素子の径方向の断面図である。 プラスチック光ファイバと光結合素子及びトランシーバと光結合素子の接続部の断面図である。

符号の説明

１１ 第１部材
１３ 第２部材
１９、６０、９７、９８、１３７、１３８ 光結合素子
４５、６１、１００、１０４、１４０、１４４ コア部
４６、６２、１０１、１０５、１４１、１４６ クラッド部
４８、６３，１００ａ，１０４ａ，１３２ａ 入射面
４９、６４、１００ｂ、１０４ｂ 出射面
５９、１４１、１４５ インナークラッド部
７０、１２０ 光伝送システム
７７，７８、１２７、１２８ 光コネクタ
８０、８１、１３０、１３１ ＰＯＦ
８２、８４、１３２、１３５ 芯部
９２ 発光部
９３ 受光部
１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｄ 嵌合孔
１１０ｂ トランシーバ嵌合面
１１１ｂ コネクタ嵌合面

Claims (9)

1. 光が透過する第１透過部及び第２透過部を両端に備え、前記第１透過部と前記第２透過部との間で前記光を伝播する円柱状のコア部と、
   前記コア部の外周に配され、前記コア部の内部を伝播する前記光を閉じ込めるクラッド部とを備える光結合素子において、
   前記コア部が、ＧＩ型屈折率分布を備え、
   前記第１透過部から前記第２透過部までの光路長Ｌ１が、下記式１および式２を満たすことを特徴とする光結合素子。
   （式１） 光路長Ｌ１＝２π／Ａ^０．５
   （式２） Ａ＝２（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１×Ｒ１^２）
   （コア部の内部を伝播する光について、コア部の中心部における屈折率をＮ１、コア部の外周面における屈折率をＮ２とする。Ｒ１はコア部の半径である。）
2. 前記コア部が、下記一般式（１）で表される第１化合物と、下記一般式（２）で表される第２化合物との共重合体を含み、
   中心から半径ｒだけ離れた前記コア部の屈折率をＮ（ｒ）とするときに、
   前記コア部が、下記式（３）ないし（５）で表される前記ＧＩ型屈折率分布を備えることを特徴とする請求項１記載の光結合素子。
   式（３） Ｎ（ｒ）＝Ｎ１［１−２Δ（ｒ／Ｒ１）^ｇ］^１／２
   式（４） Δ＝（Ｎ１^２−Ｎ２^２）／（２Ｎ１^２）
   式（５） ２≦ｇ≦２．３
   （コア部の内部を伝播する光について、コア部の中心部における屈折率をＮ１、コア部の外周面における屈折率をＮ２とする。Ｒ１はコア部の半径である。）
   一般式（１）
   

   

   （一般式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｒ^４は少なくとも一部がフッ素原子で置換された炭素原子数２〜８のアルキル基を表す。）
   一般式（２）
   

   

   （一般式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立にＨまたはＤのいずれかを表し、Ｒ^３はＨ、Ｄ、ＣＨ_３、ＣＤ_３またはハロゲン原子のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５はＨ、Ｄ、ハロゲン原子またはＣＦ_３のいずれかを表し、Ｘ^１〜Ｘ^５の少なくとも一つはハロゲン原子またはＣＦ_３を表す。）
3. 前記コア部の外径Ｄ１が５０μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光結合素子。
4. 前記コア部と前記クラッド部の界面に配され、前記コア部の外周面と同一の屈折率を有する円筒状のインナークラッド部を備え、
   前記コア部の外径をＤ２とし、前記インナークラッド部の外径をＤ３とするときに、Ｄ２／Ｄ３が、０．６７以上０．８７以下であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の光結合素子。
5. 前記クラッド部の外周に配される保護層を備えることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の光結合素子。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の光結合素子と、
   前記第１透過部及び第２透過部を露出するように、前記光結合素子を保持するコネクタ本体と、
   前記コネクタ本体に形成され、前記光を透過する第３透過部を備える第１光学部材と嵌合し、前記第１透過部の光軸と前記第３透過部の光軸とを合わせる第１嵌合部と、
   前記コネクタ本体に形成され、前記光を透過する第４透過部を備える第２光学部材と嵌合し、前記第２透過部の光軸と前記第４透過部の光軸とを合わせる第２嵌合部と、
   を備えることを特徴とする光コネクタ。
7. 請求項４項記載の光結合素子と、
   前記１透過部と前記３透過部との間隔を３００μｍ以下にする前記第１嵌合部と、
   前記２透過部と前記４透過部との間隔を３００μｍ以下にする前記第２嵌合部と、
   を備えることを特徴とする請求項６記載の光コネクタ。
8. 前記第１光学部材が前記光を伝播しうる第１光ファイバであり、
   前記第２光学部材が、前記光の入射を検出する受光部と前記光を発光する発光部と前記光を伝播しうる第２光ファイバとのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項６または７記載の光コネクタ。
9. 請求項６ないし８のうちいずれか１項記載の光コネクタと、
   前記第１嵌合部に嵌合される前記第１光ファイバと、
   前記第２嵌合部に嵌合され、前記受光部と前記発光部とのうち少なくともいずれか一方を有するトランシーバとを備え、
   前記第１光ファイバに形成され、前記第３透過部を通過する前記光を伝播する芯部が、前記コア部と同質の材料で形成され、前記コア部と同一の外径に形成され、前記コア部と同一の屈折率分布を備えることを特徴とする光伝送システム。

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