JP2008511011A - 光結合方法及び光送受信装置 - Google Patents

Abstract

プラスチック光ファイバ１１はコア１２とクラッド１３とを有する。クラッド１３は、アウタークラッド１４とインナークラッド１５を備える。コア１２の屈折率は中心に向かって連続的に大きくなっている。インナークラッド１５の屈折率はコア１２の屈折率の最小値と等しく、アウタークラッド１４の屈折率はインナークラッド１５の屈折率よりも小さい。プラスチック光ファイバ１１と発光デバイス又は受光デバイスとの間の伝送損失を低減するために、コア１２の直径ｄ１とインナークラッド１５の外径ｄ２とは、
１００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
２００（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
ｄ１＜ｄ２
の条件を満たす。

Description

本発明は、プラスチック光ファイバ等の伝送媒体を介して光信号を伝送するための光結合方法及び光送受信装置に関する。

光ファイバは、光が通るコアと、このコアを覆うクラッドとからなる。クラッドは、コアよりも屈折率が低い。一般的に、この光ファイバには、グラス光ファイバとプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）がある。グラス光ファイバのコアは、石英またはガラスからなる。グラス光ファイバの例としては、コアとクラッドとが共に石英である全石英光ファイバや、コアが石英でありクラッドがシリコーンやフッ素系ポリマー等であるポリマークラッド光ファイバ、コアとクラッドとが共にガラスである多成分光ファイバが挙げられる。一方、ＰＯＦのコアとクラッドはプラスチック材料からなる。

石英系光ファイバ、ＰＯＦのいずれにおいても光の伝送損失を減らすために、様々な構造が提案されている。例えば、クラッドを２層構造（コアとクラッド）とし、コアの屈折率をコアの中心から離れるにつれて連続的に変化させ、コアとクラッドの屈折率と、クラッドの直径とを調整して伝送損失を減らす光ファイバや、コアとクラッドの屈折率と、コアの直径とが所定の関係式を満たす光ファイバ（例えば、非特許文献１参照）等が提案されている。

光伝送体としてのプラスチック系材料は、石英系材料に比べ、成型性、重量、低コスト化、可撓性、耐衝撃性等における優位性を有している。プラスチック光ファイバは、グラス光ファイバと較べると、光の伝送損失が大きいために長距離の光信号伝送には向いていないが、コア部の大口径化（例えば、数マイクロメートル以上）を可能にする。従って、プラスチック光ファイバを用いることにより、光ファイバの分岐や接続に用いる光学機器の、光ファイバとの接続精度を上げる必要がなくなる。そのため、プラスチック光ファイバは、接続容易性、端末加工容易性、高精度の調芯が不要になる等のメリットを有する。その他にもプラスチック光ファイバは、人体への突き刺し災害等の危険性の低さ、簡易構造、高い耐振動性、そして低価格等のメリットがある。これにより、プラスチック光ファイバは、家庭や、車載用途だけでなく、高速データ処理装置の内部配線や、ＤＶＩ（ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）リンクなどの短距離かつ大容量のケーブルとしても、利用が検討されている。

ところで、ＰＯＦは民生用途においては着脱式の結合形態を用いる事が多く、結合時の位置ズレへの許容度を増すために、大口径のプラスチック光ファイバが用いられる。大口径のプラスチック光ファイバの場合、開口数の大きな光源（発光素子、発光デバイス）に対しての結合の許容度は増すが、ファイバ端面からの信号光の出射角も広がってしまう。出射角を小さくするために、光ファイバ端面から受光素子（受光デバイス）までの距離を近づける方法が考えられるが、これは高精度の位置調整が求められるため、結合の簡便性というＰＯＦの利点が失われてしまう。この様な問題に対して、集光要素を光ファイバ端面と受光素子の間に配置したり、受光素子を大面積化したりする方法が知られている（例えば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。

特開２００２−３１１２６０号公報 特開２００２−３５０６５４号公報 「光ファイバーの使い方と留意点」（株）オプトロニクス社、１９９２年、ｐ．８７

しかしながら、上記の集光要素は、光学系の界面においてフレネル損失を発生させ、光学部品の増加によるコスト増を招く。また、受光素子の大型化によりコスト増を招いたり、暗電流が増加して感度を低下させたりする。そこで、光ファイバの大口径化による利点を損ねず、低価格で光送受信を実現することが求められている。

そこで、本発明は、大口径のプラスチック光ファイバと受光素子間で良好な結合を実現し、プラスチック光ファイバを介して発光素子から受光素子までの伝送特性を向上させる光結合方法と、光送受信装置とを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、発光デバイスと受光デバイスとがグレイデッドインデックス型プラスチック光ファイバを介して結合され、発光デバイスからの光線がグレイデッドインデックス型プラスチック光ファイバの一端から入射して他端から出射し、受光デバイスに入射する。プラスチック光ファイバは、略円形の断面を有し、中心に向かうにつれて屈折率が高くなる屈折率分布を有するコアと、コアの外周に設けられ、コアと同じか、それよりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドの外周に設けられ、第１クラッドよりも低い屈折率を有する第２クラッドとを備える。
プラスチック光ファイバは、以下の条件を満たす；
１００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
２００（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
ｄ１＜ｄ２
ここで、ｄ１はコアの直径、ｄ２は第１クラッドの外径である。

発光デバイスの開口数が０．０５以上０．３５以下であることが好ましい。コアと第１クラッドは、
０．５×ｄ２≦ｄ１
３００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
３５０（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
の条件を満たすことが好ましい。

第１クラッドの外径は、プラスチック光ファイバへの入射光線の径と同じか、それよりも大きいことが好ましく、発光デバイスの開口数は、コアの開口数よりも小さいことが好ましい。プラスチック光ファイバと受光デバイスとを、集光要素を用いることなく、１μｍ以上１０００μｍ以下の間隔で接続することが好ましい。

また、発光デバイスが光共振器を備えていることが好ましい。

本発明によれば、発光素子と受光素子とが大口径のプラスチック光ファイバを介して結合されるから、発光素子から受光素子までの伝送特性を向上させることができる。

本発明の実施の形態について図を引用しながら説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。まず、製造されるプラスチック光ファイバの構造とその性状について説明する。プリフォームを延伸することによりプラスチック光ファイバを製造する方法については後述するものとする。

図１において、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）１１は、光を通すコア１２と、ＰＯＦの外殻部であるクラッド１３とを備える。クラッド１３は、インナークラッド１５とアウタークラッド１４を有する。インナークラッド１５はアウタークラッド１４の内壁に接しており、コア１２はインナークラッド１５の内側に形成されている。図１に示すように、コア１２の直径と、インナークラッド１５の外径と、アウタークラッド１４の外径とをそれぞれｄ１（μｍ）、ｄ２（μｍ）、ｄ３（μｍ）とする。外径ｄ２は、アウタークラッド１４の内径に等しく、コア１２の直径ｄ１はインナークラッド１５の内径に等しい。

アウタークラッド１４は、厚みが均一の管形状であり、外径ｄ３及び内径が長手方向で一定である。アウタークラッド１４は、例えば、溶融押出成型によりポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から形成される。アウタークラッド１４は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の、後で詳細に述べるような他の材料から形成されてもよい。インナークラッド１５は、管形状であり、外径ｄ２及び内径が長手方向で一定である。インナークラッド１５はＰＭＭＡ等の重合体からなる。アウタークラッド１４とインナークラッド１５は、溶融押出成型により同時に形成されてもよいし、アウタークラッド１４を溶融押出成型で形成した後、この中にメチルメタクリレート（ＭＭＡ）等の重合性化合物を注入して、アウタークラッド１４を回転させながら化合物を重合反応させ、内側にインナークラッド１５を形成する、というように逐次的に形成されてもよい。

図２はＰＯＦの屈折率分布を示す図である。なお、図２において、横軸はＰＯＦの中心からの径方向での距離を示し、縦軸は屈折率を示す。屈折率は、上方向に行くほど値が高い。図２において、範囲（Ｃ）はアウタークラッド１４の屈折率であり、範囲（Ｄ）はインナークラッド１５の屈折率であり、範囲（Ｅ）はコア１２の屈折率である。

コア１２は、図２に示されるように、外側から中心に向けて屈折率が連続的に高くなっている。アウタークラッド１４はインナークラッド１５よりも屈折率が低く、インナークラッド１５の屈折率はコア１２の屈折率と同じか、それよりも低くなっている。本実施形態によると、コア１２の屈折率の最小値は、インナークラッド１５の屈折率と同じである。本実施形態においては、コア１２の屈折率が、径の外側から中心に向けて連続的に高くなるように、コア１２は後述の界面ゲル重合法により形成される。なお、コア１２の径方向において、屈折率の最大値と最小値との差が０．００１以上０．３以下であることが好ましい。この構造によりＰＯＦ１１は、光伝送体としての機能を発現する。また、インナークラッド１５とコア１２との境界（図１参照）は明瞭なことが好ましいが、ＰＯＦ１１において境界は、必ずしも確認できるものでなくともよい。

ＰＯＦ１１への入射光は、図２に示す屈折率関係を有するコア１２とインナークラッド１５との端面から入射する。インナークラッド１５に入射した光の一部はコア１２に伝播して、コア１２の内部を通過する。これにより、入射光の大部分がコア１２の端面より出射する。従って、図２に示すような屈折率分布とすることにより、光の入射面積を大きくして、ＰＯＦ１１から出射する光の広がりを小さくすることができる。

インナークラッド１５の外径ｄ２は２００μｍ以上１０００μｍ以下であるので、アウタークラッド１４の外径ｄ３は２００μｍよりも大きくなる。さらに、コア１２の直径ｄ１（外径ｄ２よりも小さい）は１００μｍ以上７００μｍ以下である。これにより、ＬＥＤを発光素子とし、ＰＤ（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）を受光素子とするときに、ＰＯＦの入射側と出射側とにおける伝送損失を低減することができ、ＰＯＦ両端での各光学素子との結合位置における伝送損失が低減される。

インナークラッド１５の外径ｄ２が２００μｍよりも小さいと、受光面積が小さくなり（コア１２）、コア１２は発光素子であるＬＥＤの光を十分に受けることができない。一方、外径ｄ２が１０００μｍよりも大きい場合には、コア１２は必要とされる受光面積よりも大きくなりすぎる。また、コア１２の直径ｄ１が１００μｍよりも小さい場合には、出射光の光軸のズレに対する許容度が小さくなる。直径ｄ１がインナークラッドの外径ｄ２より小さくても、７００μｍよりも大きい場合には、ＰＯＦと受光素子間の結合効率が低下する。入射した光はグレイデッドインデックス（ＧＩ）型ＰＯＦにおいて収束して、その光束の面積は入射位置からある距離（概ね２０〜３０ｍ）で出射光の面積となるので、ＰＯＦがこの収束距離よりも長い場合には径ｄ１、ｄ２を上記範囲内とすることが望ましい。

コア１２の直径ｄ１は、３００μｍ以上７００μｍ以下であることがより好ましく、４５０μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。また、インナークラッド１５の外径ｄ２は、３５０μｍ以上１０００μｍ以下であることがより好ましく、７００μｍ以上７５０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、コア１２の直径ｄ１は、インナークラッド１５の外径ｄ２の１／２より大きいことが好ましい。

また、インナークラッド１５は、図２に示すように屈折率が径方向において概ね一定となっているが、インナークラッドの屈折率はアウタークラッド側からコア側にいくにつれて段階的に、又は連続的に大きくなってもよい。ただし、その屈折率の最大値と最小値との差はできるだけ小さいことが好ましい。

コア１２とインナークラッド１５との境界が明確でない場合には、直径ｄ１と外径ｄ２を以下のように決定することができる。コア１２とインナークラッド１５とは前述のような屈折率関係を有するので、コア１２からの出射光の光強度と、インナークラッド１５からの出射光の光強度が互いに異なる。したがって、ＰＯＦの径方向における光強度のグラフでは、急激な立ち上がりや降下が確認される。この大きな変化をみせる箇所がコア１２とインナークラッド１５との境界であるとみなされる。したがって、この大きな変化が見られる箇所間の距離がコア１２の直径ｄ１であり、上記の方法によって得られた境界から光強度がゼロの位置までの距離がインナークラッド１５の外径ｄ２である。

また、本発明は２層以上の構造のコアにも適用することができる。なお、コアの屈折率が段階的に変化する擬似的なＧＩ型ＰＯＦ（いわゆるマルチステップ型ＰＯＦ）に関しても、同様な効果が発現される可能性はあるが、マルチステップ型ＰＯＦはＧＩ型ＰＯＦ（屈折率が連続的に変化する）と比べて伝送性能の面で効果が小さい。コア１２が２層以上の構造であるときには、ＰＯＦからの出射光の最大強度の５％の強度を示す位置をコア１２の範囲とみなし、出射光の強度がゼロとなる箇所をインナークラッド１５の範囲とみなすとよい。

上記のコア１２とインナークラッド１５との好ましい値は、アウタークラッド１４の外径ｄ３に依存するものではない。例えば、５００μｍ以上１２００μｍ以下の範囲内の異なる外径ｄ３を有する複数のＰＯＦのサンプルを作製し、これらＰＯＦサンプルの光学特性を測定したところ、本発明の目的達成が可能であった。そのデータの一部に関しては後述の実施例にて示す。なお、本実施形態ではクラッド１３が２層構造（アウタークラッド１４及びインナークラッド１５）とされているが、１層構造でも、３層以上の構造でもよい。

図３は、ＰＯＦ及びこのＰＯＦを使用した光ファイバケーブルの製造工程図である。製造工程の詳細については後述する。ＰＯＦ１１は、プリフォーム２１を長手方向に延伸することにより得られる。したがって、ＰＯＦ１１の径はプリフォーム２１の径より小さい。プリフォーム２１はアウタークラッド、インナークラッド、及びコアを有し、その基本構造は、径を除いてはＰＯＦ１１とほぼ同じである。プリフォーム２１のコアとクラッドとはＰＯＦ１１のコア１２とクラッド１３とにそれぞれ該当する。

まず、アウタークラッドパイプ作製工程２２において、プリフォーム２１のアウタークラッドパイプ２３が製造される。このアウタークラッドパイプ２３は、ＰＯＦ１１のアウタークラッド１４（図１参照）と同様に、プリフォーム２１の外殻となる。そして、インナークラッド重合工程２５において、インナークラッドは、プリフォーム２１の断面中央が中空となるようにアウタークラッドパイプ２３の内壁に形成される。アウタークラッドパイプ２３とインナークラッドとが、溶融押出等により、一体に成型されてもよい。次に、プリフォーム２１の中空部にコアを生成するコア重合工程２６を経て、プリフォーム２１が得られる。ＰＯＦ１１は、延伸工程２７においてプリフォーム２１を延伸することにより作製される。プリフォーム２１自身も、光伝送体としての機能を発現する。この延伸工程２７では、円柱状のプリフォーム２１が加熱されて長手方向に延伸され、ＰＯＦ１１が形成される。そして、ＰＯＦ１１は、その外周を被覆材により被覆される被覆工程２８を経て、プラスチック光ファイバケーブル２９となる。

以下に製造工程について詳細に説明する。アウタークラッドパイプ２３は、所定のポリマーを溶融押出により管状に成型して得ることもできるし、あるいは重合性モノマーを含む重合性化合物を、回転する管状容器内で重合させる回転重合法等により作製することもできる。本実施形態では、ポリマー原料（アウタークラッド形成ポリマー）としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用い、溶融押出によりアウタークラッドパイプを形成した。溶融押出工程には、市販の各種混練押出成型機を用いることができる。次に、アウタークラッドパイプ２３の内壁にインナークラッドを形成した。インナークラッドを形成するポリマー原料としてはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いた。インナークラッド形成方法は、アウタークラッドと同様（回転重合法）でもよいし、アウタークラッドを溶融押出により形成する場合には、共押出等でアウタークラッドと同時形成する方法でもよい。

回転重合法によりインナークラッドを形成する場合、アウタークラッドパイプ２３の一方の端部をフッ素系樹脂を用いた栓等により塞ぐ。そして、アウタークラッドパイプの中空部に、インナークラッドの原料である重合性化合物（インナークラッド用モノマー）を注入する。本実施形態においては、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）をインナークラッド用モノマーとして用いているが、他のモノマーでもよい。インナークラッド用モノマーの例は後述するものとする。インナークラッド用モノマー注入後、Ａｒガス等の不活性ガスにてアウタークラッドパイプ２３の中空部を置換し、反対側の端部をフッ素系樹脂を用いた栓で塞ぐ。そして、アウタークラッドパイプ２３は、ステンレス管でできた保護管に保護される。アウタークラッドパイプ２３を収容した保護管を回転させながら過熱し、インナークラッド用モノマーの重合反応を行う。この際、必要に応じ、回転速度、加熱温度をコントロールする。回転速度は、アウタークラッドパイプ２３の外径にしたがって選択することが好ましいが、３００ｒｐｍから８０００ｒｐｍが好ましい。加熱温度は、モノマー種、重合開始剤種、量、連鎖移動剤種、量などに基づき選択されるが、３５℃から１４０℃の間で選択されるのが好ましい。また、加熱温度は、重合工程開始期から終了期にしたがって、段階的あるいは連続的に上げていくことが好ましく、重合反応により重合性モノマーが発熱ピークを示す場合は、その発熱ピーク直前又は直後で上昇させることが好ましい。また、重合工程直後に、減圧し、未反応モノマー等を除去することも好ましい。減圧、及び未反応モノマー等の除去を、常温で行うか加熱下で行うかは、重合するモノマーの種類によって適宜選択することが好ましい。

インナークラッドの前記中空部にコアを形成してプリフォームとした後、ＰＯＦを製造する。図４は、コアを形成するための重合装置を示す図である。図２に示した屈折率分布を有するＰＯＦを得るために、コアを界面ゲル重合法により形成する。界面ゲル重合法を用いたコア部の形成方法は特許３３３２２９２号公報記載のように、長手方向が縦となるように重合容器を静置して重合させる方法や、特開平８−２６２２４０号公報記載のように重合容器を回転させながら重合させる方法などがある。

本実施形態では、長手方向が縦となるように重合容器を静置してコア用モノマーを重合させる。まず、アウタークラッドパイプ２３の一方の端部を、フッ素系樹脂で形成された栓により塞ぐ。そして、インナークラッドの中空部に、コアの原料である重合性化合物（コア用モノマー）を注入する。本実施形態においては、ＭＭＡをコア用モノマーとして用いているが、他のものでもよい。コア用モノマーの例は後述するものとする。

なお、コア用モノマーが充填される前のアウタークラッドパイプ２３を、所定時間減圧下におくことが好ましい。この減圧処理を行わないと、アウタークラッド形成ポリマーやインナークラッド形成ポリマー、およびその中に含まれる水や空気が、コア用モノマーの重合時に加熱された際体積膨張しやすい。従って、この減圧処理により、アウタークラッドやインナークラッドに歪みやひび割れ等が発生する現象や、プリフォームの内部の分子密度がばらついてしまうという現象を抑制することができる。

また、コア用モノマー（ＭＭＡ）をインナークラッドの中空部に注入するときには、重合開始剤、連鎖移動剤、および屈折率調整剤（ドーパント）等がともに注入される。これらの重合開始剤や連鎖移動剤、ドーパントの各添加量については、後述する。なお、ドーパントを用いずに、例えばコア用モノマーを２種以上用いることによっても、コアの径方向における屈折率を変化させることができる。本実施形態においては、コア内の屈折率を変化させるために、コア用モノマーと重合しないドーパントが使用されている。ドーパントは、高屈折率で分子体積が大きく、低分子の化合物である。

コア用モノマーの重合は、図４に示すような重合装置４０により行う。重合装置４０は、重合容器４１と、圧力計４４と、圧力コントローラ４５と、温度計４７と、温度コントローラ４８とを備えている。さらに、重合容器４１には、不活性ガスとしての窒素を供給する窒素供給元５１が備えられている。そして、重合容器４１は容器本体４１ａと蓋４１ｂとを有しており、容器本体４１ａと蓋４１ｂとは、ネジ（図示せず）で固定される。ただし、本発明は、重合容器の構造には依存せず、重合容器４１とは異なるものを用いてもよい。

圧力計４４は、重合容器４１の内部の圧力を検知する。圧力コントローラ４５は、圧力計４４の検知結果に応じて、窒素供給元５１からの窒素供給量を調節して、重合容器４１の内部の圧力を制御する。窒素供給元５１により、重合容器４１の内部空気は窒素に置換される。容器本体４１ａと蓋４１ｂとがネジ留めされることにより、内部の圧力と、窒素の供給量とを精巧に制御することが可能となっている。重合容器４１に供給されるガスは、他の不活性ガス（アルゴン等）でもよい。また、温度計４７は、重合容器４１の内部の温度を測定する。温度コントローラ４８は、温度計４７の測定温度に応じて、容器本体４１に備えられる加熱線を流れる電流を制御する。

アウタークラッドパイプ２３は、コア用モノマー及び重合開始剤、連鎖移動剤、ドーパント等の混合物がインナークラッドの中空部に注入された状態で、治具としてのガラス管５２に挿入される。アウタークラッドパイプ２３を収容したガラス管５２は、重合容器４１内に垂直に静置される。なお、コア用モノマーが注入された状態のアウタークラッドパイプ２３には、ガラス管５２に挿入される前、あるいは、挿入された状態で、脱気処理が施されることが好ましい。この脱気処理方法としては、簡便さならびに効果の点で、減圧チャンバ等による減圧処理が好ましい。減圧チャンバ内では、アウタークラッドパイプ２３に超音波を作用させることが好ましい。減圧処理は、３０分以上行うことが好ましい。

アウタークラッドパイプ２３が挿入されたガラス管５２が容器本体４１ａにセットされ、蓋４１ｂが容器本体４１ａにネジ留めされると、窒素供給元５１から重合容器４１の内部へ窒素が供給されるとともに、バルブＶ１を開状態とすることにより重合容器４１の内部の空気が出される。これにより重合容器の内部の空気は窒素に置換される。窒素置換した後、重合容器４１の内部圧力は、所定の値となるように圧力コントローラ４５により制御される。そして、コア用モノマーの重合は、温度コントローラ４８により、所定の温度下で所定の時間加熱された状態で行う。重合工程における圧力は、気圧より高くすることが好ましい。

コア用モノマーが重合を開始すると、インナークラッドの内壁がコア用モノマーにより膨潤し、重合初期段階ではゲル状の膨潤層を形成する。この膨潤層は、コア用モノマーの重合反応を促進する。この重合工程は、インナークラッドの側面から開始し、アウタークラッドパイプ２３の軸方向に対して中心に向かって進行する。このとき、膨潤層の内部へは、分子体積の小さい化合物ほど優先的に入り込むため、分子体積の大きなドーパントはアウタークラッドパイプ２３の中心方向へと押し出される。この結果、重合工程の進行と共に、アウタークラッドパイプ２３の中心部における、高屈折率のドーパントの濃度が高くなるため、インナークラッド側から中心に向かって屈折率が高くなるような屈折率分布を有するプリフォーム２１（図３参照）を得ることができる。プリフォーム２１は、膨潤層を形成しながら作成されるので、インナークラッドとコア間で明確な境界がない。インナークラッド用モノマーとコア用モノマーの種類、及び相互の親和性、または膨潤層形成等の製造条件に応じて、インナークラッドとコアとの境界の明確度は異なる。

重合容器４１内でのコア用モノマーの重合時には、コア用モノマーが注入されたアウタークラッドパイプ２３を、ガラス管５２等の治具により支持することが好ましい。前記治具は、アウタークラッドパイプ２３の挿入が可能な中空部を有する管形状であることが好ましい。そして、加圧下での重合時に治具が中空部の変形を抑制できるように、前記治具は、アウタークラッドパイプ２３を固定せずに支持する形状であることが好ましく、また加圧下で重合が進むに従い、アウタークラッドパイプ２３がコアの収縮に応じることができるように、アウタークラッドパイプ２３を支持することが好ましい。アウタークラッドパイプ２３が治具に固定されていると、重合中のコアの収縮に対してアウタークラッドパイプ２３が応じることができずに、コアの中央部にボイドが発生し易くなってしまう。このような理由により、治具の中空部の内径はアウタークラッドパイプ２３の外径より大きいことが好ましい。前記中空部は、アウタークラッドパイプ２３の外径に対して０．１％〜４０％だけ大きい径を有しているのが好ましく、１０％〜２０％だけ大きい径を有しているのがより好ましい。治具は、アウタークラッドパイプ２３を垂直に立てることができ、重合工程中もアウタークラッドパイプ２３を支持するものであれば好ましく用いられ、管状である必要はない。

重合時の加圧の好ましい範囲については、用いるコア用モノマーによって適宜決定される。加圧度が大きすぎると、コア用モノマー中に加圧気体が溶解する、または、コア用モノマーに存在する溶存気体が脱離せず、延伸工程２７でこれが気泡となるという問題がある。一方、加圧度が小さすぎると、重合時に、アウタークラッドパイプ２３がコアの収縮に対応できず、コアに気泡が発生しやすいという問題がある。本実施形態では、重合時の加圧の好ましい範囲は、０．０５ＭＰａ〜１．０ＭＰａである。このように、重合工程時の圧力を制御することにより、プリフォームのコア（ＰＯＦ１１のコア）に空隙や気泡が発生することを抑制できる。

重合工程は加熱下でなされることが好ましい。その温度は、コア用モノマーの種類等に応じて決定されるものであり、特にその重合速度と変質温度とを考慮して決定される。例えば、コア用モノマーとして代表的なメタクリレート系低分子化合物を用いた場合には、その温度は５０℃〜１５０℃とすることが好ましく、８０℃〜１４０℃とすることがさらに好ましい。また、重合時間は、４時間〜４８時間であることが好ましいが、これもコア用モノマーの種類等に応じて決定される。しかしながら、重合時の各条件は前述したものに限定されるものではない。また、上記のコア用モノマーの重合方法も本発明を限定するものではない。例えば、前述の特開平８−２６２２４０のように中空管を回転させながら重合反応を行い中空のプリフォームを形成してもよいし、熱拡散等によって屈折率調整剤を拡散させることによりコアに屈折率分布を付与することも可能である。

この様にして、コアおよびクラッドがプラスチックからなる円柱状プリフォームを作製することができ、得られたプリフォームは延伸工程に供される。そして、延伸により、所望の直径、例えば５００μｍ以上１０００μｍ以下のＰＯＦを得ることができる。

クラッドの材料は、アウタークラッドが光伝送機能に悪影響を及ぼさない（例えば、クラッドがコアの屈折率よりも低い屈折率を発現するなど）限りにおいて特に限定されるものではないが、アウタークラッドの材料としては、屈折率が低い点と、ＰＯＦの光学特性にほぼ影響がないという点で、フッ素系ポリマーが好ましい。クラッド材料用のフッ素系ポリマーとしては、コア用モノマーの重合性を考慮すると、ＰＶＤＦが好ましい。

ＰＯＦのコアの材料は、コアがＰＯＦの光伝送特性に悪影響を及ぼさない限りにおいて特に限定されるものではない。好ましく用いられるものとしては、有機材料として光透過性が高いものである。ただし、信号光がコアとクラッドとの界面で全反射するように、コアの材料は、クラッドよりも高い屈折率を有するものとし、光学的異方性が小さくなるように、非晶性のポリマーとすることが好ましい。さらに、コアとクラッドとは、互いに密着性に優れるポリマーとし、これらがタフネス等に示される機械的特性に優れ、耐湿熱性にも優れていることがより好ましい。

コアの材料例としては、（メタ）アクリル酸エステル類（フッ素不含（メタ）アクリル酸エステル（ａ）、含フッ素（メタ）アクリル酸エステル（ｂ））、スチレン系化合物（ｃ）、ビニルエステル類（ｄ）、ポリカーボーネート類の原料であるビスフェノールＡ等を重合性モノマーとして用いたポリマーが挙げられる。これらのモノマーのうち１種からなるホモポリマー、これらのモノマーのうち２種以上を組み合わせて重合させた共重合体、あるいは上記のホモポリマーや共重合体の各種組み合わせによる混合物からコアを形成できる。これらのうち、（メタ）アクリル酸エステル類及び含フッ素ポリマーを成分として含むものが光伝送体として好ましい。

上記の（ａ）フッ素不含（メタ）アクリル酸エステルとしては、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ベンジル（ＢｚＭＡ）、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ジフェニルメチル、トリシクロ［５・２・１・０^２．６］デカニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸フェニル等が挙げられる。

また、（ｂ）含フッ素（メタ）ア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−トリフルオロメ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等が挙げられる。

さらに、（ｃ）スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。さらには、（ｄ）ビニルエステル類としては、ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニルフェニルアセテート、ビニルクロロアセテート等が挙げられる。重合性モノマーは、これらに限定されるものではない。コアに含まれるホモポリマーあるいは共重合体が、光伝送体に成型されたときに所定の屈折率分布を有するように、モノマーの種類や組成比を決定することが好ましい。

ＰＯＦを近赤外光用途に用いる場合は、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（米国特許第５５４１２４７号に対応）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（Ｈ）を重水素原子（Ｄ）やフッ素（Ｆ）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）などがある。これにより、伝送光の損失を軽減することができる。なお、原料となる化合物は、重合後の透明性を損なわないためにも、不純物や散乱源となる異物は重合前に十分に除去されることが望ましい。

モノマーを重合させてコアやアウタークラッドを形成する場合においては、重合開始剤を使用する場合がある。ラジカルを生成する重合開始剤としては、例えば、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）、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く、また、２種類以上を併用してもよい。

製造されるプラスチック光ファイバの、機械特性や熱物性といった各種物性値を全体にわたって均一に保つために、連鎖移動剤を使っ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、１９７２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等）、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−トルエンチオール等）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（Ｄ）やフッ素原子（Ｆ）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、これら連鎖移動剤は２種類以上を併用してもよい。

プラスチック光ファイバは、コア部が径方向において屈折率分布を有するグレイデッドインデックス（ＧＩ）型プラスチック光ファイバでもよい。ＧＩ型ＰＯＦは、伝送性能が高いため、より広帯域の光通信を行うことができ、高性能通信用途に好ましく用いることができる。ＰＯＦに屈折率の分布を付与する方法としては、ポリマーマトリクスに屈折率分布を付与するための添加剤（以下、ドーパントと称する）を添加してもよい。または、コアを形成するポリマーとして、屈折率が異なる複数のポリマーを用いたり、それらのポリマーをさらに組み合わせた共重合体を用いたりしてもよい。

ドーパントは、上記のような重合性モノマーとは異なる屈折率を有する化合物である。ドーパントと重合性モノマーとの屈折率差は０．００５以上であることが好ましい。ドーパントは、これを含有するポリマーの屈折率が、不含のポリマーと比較して、高くなる性質を有する。これらは、特許３３３２９２２号公報や特開平５−１７３０２６号公報に記載されているようなモノマーの合成によって生成されるポリマーとの比較において、溶解性パラメータとの差が７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２以内であると共に、屈折率の差が０．００１以上であり、ポリマーと安定して共存可能で、かつ前述の重合性モノマーの重合条件（加熱および加圧等）下において安定しているものならば、いずれもドーパントとして用いることができる。

上記性質を有し、屈折率を変化させ、ポリマーと安定した共存が可能で、かつ前述の重合性モノマーの重合条件（加熱および加圧等）下において安定しているものならば、ドーパントとして用いることができる。本実施の形態では、重合性化合物にドーパントを含有させ、コアを形成する工程において界面ゲル重合法により重合の進行方向を制御し、屈折率調整剤の濃度に傾斜を持たせ、コアに屈折率分布構造を形成する方法を例示しているが、それ以外にもプリフォーム形成後に屈折率調整剤を拡散させる方法でも、コアに屈折率分布構造を形成することができる。以下、屈折率の分布を有するコアを「グレイデッドインデックスコア」と称する。グレイデッドインデックスコアは、広い伝送帯域を有するＧＩ型プラスチック光学部材に用いられる。

前記ドーパントとしては、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）、ビフェニル（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）などが挙げられ、中でも、ＢＥＮ、ＤＰＳ、ＴＰＰ、ＤＰＳＯが好ましい。また、ドーパントは、例えばトリブロモフェニルメタクリレートのように重合性化合物でもよく、その場合、重合性モノマーと重合性ドーパントとを共重合させるので、種々の特性（特に光学特性）の制御がより困難となるが、耐熱性の面では有利となる可能性がある。コアに含有される屈折率調整剤の濃度および分布を調整することによって、ＰＯＦの屈折率を調整することができる。

前述した重合開始剤や連鎖移動剤、屈折率調整剤（ドーパント）の各添加量については、用いるコア用モノマーの種類等に応じて、適宜決定することができる。重合開始剤の添加量は、コア用モノマーに対して、０．００５重量％〜０．０５重量％とすることが好ましく、０．０１重量％〜０．０２重量％とすることがより好ましい。連鎖移動剤の添加量は、コア用モノマーに対して、０．１０重量％〜０．４０重量％とすることが好ましく、０．１５重量％〜０．３０重量％とすることがより好ましい。ドーパントの添加量は、コア用モノマーに対して、１重量％〜５０重量％とすることが好ましい。

コア及びクラッドには、光伝送性能を低下させない範囲で、その他の添加剤を含有させることができる。例えば、耐候性や耐久性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。該化合物をモノマーに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使用することができる。これらの添加剤は、モノマーと重合することによって、コア及び／又はクラッドに含有させることができる。

ＰＯＦは、曲げ、耐候性の向上、吸湿による性能低下抑制、引張強度の向上、耐踏付け性付与、難燃性付与、薬品による損傷からの保護、外部光線によるノイズ防止、着色などによる商品価値の向上などを目的として、通常、その表面を少なくとも１層の保護層で被覆する。

保護層形成用材料としては、高い弾性や、曲げなどの機械的な特性を有する周知の材料を用いることができる。例えば、ポリオレフィン系材料やウレタン系材料、各種エラストマがある。

ＰＯＦは、上記の保護層を１次被覆層とし、外周にさらに２次（または多層）被覆層を設けても良い。１次被覆層がＰＯＦへの熱ダメージを低減するのに充分な厚みを有している場合には、２次被覆層の硬化温度の制限は、１次被覆層に比べて緩くすることができる。２次被覆層には、難燃剤や、酸化防止剤、ラジカル捕獲剤、滑剤などを導入してもよい。なお、難燃剤については臭素を始めとするハロゲン含有の樹脂や添加剤や燐含有のものがあるが、毒性ガス低減の目的で金属水酸化物を使うことが好ましい。金属水酸化物はその内部に結晶水を有しており、製法過程でＰＯＦにその水が付着すると除去するのが困難である。よって、金属水酸化物による難燃性被覆は、１次被覆層の外層に耐湿性被覆を設けてその外層にさらに被覆層として設けることが望ましい。

また、ＰＯＦに、様々な機能を有する被覆層を複数積層させてもよい。例えば、前述の難燃性被覆以外に、吸湿を抑制するためのバリア層、被覆層間または被覆層内に設けられる吸湿材料（例えば吸湿テープや吸湿ジェル）、ＰＯＦ屈曲時の応力緩和のための柔軟性素材層や緩衝材、剛性を向上させるための強化層などを設けることができる。被覆層となる熱可塑性樹脂に光ファイバケーブルの強度を増す構造材を含有させてもよい。構造材は、高い弾性率を有する抗張力繊維及び／又は剛性の高い金属線である。抗張力繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維が挙げられる。また、金属線としてはステンレス線、亜鉛合金線、銅線などが挙げられる。構造材は前述したものに限定されるものではない。その他に、保護のための金属管や光ファイバケーブル架空用の支持線を設けてもよい。また、配線時の作業性を向上させるための機構を組み込むこともできる。以上の様な被覆を施すことにより、機械特性などの様々な機能を付与したプラスチック光ファイバコードもしくはプラスチック光ファイバケーブルを得ることができる。

上記製造条件を満たすＰＯＦまたはこれに被覆を施したプラスチック光ファイバコードは、光学機器とＰＯＦや、ＰＯＦ同士を接続する光学コネクタに固定される。光学コネクタとしては一般に知られている、ＰＮ型、ＳＭＡ型、ＳＭＩ型、Ｆ０５型、Ｆ０７型、ＭＵ型、ＦＣ型、ＳＣ型などがある。通常ＰＯＦは、フェルールに固定され、フェルールに固定された端面が平滑化される。そして、ＰＯＦは、プラグとして光学コネクタのハウジングに接続される。ガラス光ファイバの場合、融点が高いので精密な研磨を要するが、プラスチック光ファイバの場合、比較的低温で軟化することから平滑面を有する加熱器（ホットプレートなど）、あるいは溶剤を用いてＰＯＦの端面を軟化して平滑化することができる。そして、フェルールがレセプタクルによってＰＯＦ端面に固定され、ファイバ端面からの出射光が受光素子に入射する。このようにして、ＰＯＦと受光素子は、光学コネクタにより結合される。

光送受信装置（光送受信ユニット）は、発光素子と受光素子と上記のようなＰＯＦとを備えるものであり、このＰＯＦは大口径で出射端面からの光が一定距離までその径を一定に保つ。このような光送受信装置を用いることにより、発光素子とＰＯＦ、あるいはＰＯＦと受光素子との接続に精密な位置あわせや集光要素を必要としないので、精密なフェルールや集光機能を付与したアダプタを使用することなく光結合を行うことができる。なお、本発明において光結合方法とは、発光素子とＰＯＦ間、ＰＯＦ同士間、ＰＯＦと受光素子間で光結合させる方法を意味する。また、上記のような従来のアダプタを使用することにより、柔軟かつ確実に光結合を行うことも可能である。一般的にはフェルールを取り付けたプラグは、受光素子を取り付けたアダプタに精密に固定される必要がある。しかし、本実施形態によるＰＯＦは１０００μｍの大口径を有するため、プラグはアダプタに精密に固定されなくてもよい。ファイバ端面と受光素子間に集光要素を設ける場合、ファイバ端面の位置が変化すると集光性能は変化するが、本実施形態による光送受信ユニットは、集光要素を設ける必要がないので、ファイバ端面の位置変化による送受信性能への影響はほとんどない。よって、着脱の容易な光学コネクタを提供することができる。なお、ファイバ端面と受光素子との間には、光量や波長を調節するフィルターや、ＰＯＦや受光素子の空気界面でのフレネル損失を防止するため空気より高い屈折率を有する素材（マッチングオイルやシリコーンゲルパッドなど）などの集光機能の無い光学要素を組み込んでもよい。また、出射光の焦点を受光素子に合わせる集光要素をアダプタに設けても良い。

発光素子は、電気信号を光信号に変えてからこの光信号をＰＯＦに入射して送る。ＰＯＦから出射される光信号は、受光素子により電気信号に変えられる。発光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）であり、受光素子は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。高速データ通信を行うためには発光素子として、位相の揃った直進性に優れたＬＤが好ましい。発光ダイオードは出射光線の開口数が大きく、光線が拡散しやすいため、コア径を大きくしたＰＯＦを用いた低速、短距離データ伝送用として用いられることが多い。しかし、ＬＥＤは高寿命、周囲の環境（高温など）に対する高耐性、コストの面で優位性がある。また、最近ではデータ通信用として、共振器を有する発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）の使用が検討されている。ＲＣＬＥＤは、自然放出を行うため、スペクトル幅、開口数などの点で、誘導放出を行うＬＤには及ばない。しかし、ＬＥＤに比べると、ＲＣＬＥＤは、スペクトル幅、可干渉性、開口数などの点において優れている。つまり、ＲＣＬＥＤから出射された光線の拡散は、従来のＬＥＤに比べて低減されるため、ＲＣＬＥＤは高速データ通信に好適である。一方、受光素子としてのＰＤは、ＰＩＮフォトダイオードとアバランシェ型フォトダイオード（ＡＰＤ）が知られている。受光面積が大きくなるにつれて暗電流が増えるため、受光面積を有するＰＤは、受光感度が鈍く、高速データ通信に適していない。この対策としては、ＡＰＤの使用が有効である。または、小受光面積のフォトダイオードを配列してＬＥＤアレイを形成することも有効である。しかし、どちらも光送受信ユニットのコスト増の要因となるので、ＬＥＤアレイもＡＰＤも高速データ通信用の用途で使われることが多い。本実施形態による光送受信ユニットは、出射光線の拡散を抑えるため、ＰＤにおいて受光面積を大きく取る必要がない。

図５は、ＰＯＦの端面からの距離とＰＯＦから出射されたときの出射光線（ビーム）の径の測定グラフである。縦軸は出射されたときのビームの径であり、横軸はＰＯＦの端面からの距離を示す。このグラフからわかるように、本実施形態による光送受信装置は、ビームの径の広がりを抑制する。

以下、本発明の具体例及び比較例としての実施例（１）〜（６）を示して本発明を具体的に説明する。以下の実施例に示す材料の種類、それらの割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。

コア直径ｄ１が異なるプラスチック光ファイバを多種作製した。ＰＯＦ１１の外径はすべて７５０μｍとした。

溶融押出成形により作製した内径１９ｍｍ、長さ６０ｃｍのＰＶＤＦの中空管をアウタークラッド１２とし、このアウタークラッド１２の中空部に、インナークラッド用の原料を注入した。インナークラッド用の原料は、ラジカル重合性化合物としてのＭＭＡ１１４ｇと、重合開始剤としての２，４−ジメチルバレロニトリル（商品名；Ｖ−６５、和光純薬（株）製）（７０℃での半減期時間：１時間）と、連鎖移動剤としてのｎ−ラウリルメルカプタンとの混合物である。ＭＭＡは、蒸留によって水分を１００ｐｐｍ以下に除去した。インナークラッド用の原料としての混合物は所定温度に調整してから注入された。２，４−ジメチルバレロニトリルとしては、水分を２００ｐｐｍ以下に除去したものを用いた。２，４−ジメチルバレロニトリルとｎ−ラウリルメルカプタンとのＭＭＡに対する添加率は、それぞれ０．０４モル％と０．２０モル％とした。インナークラッド用の原料が注入されたアウタークラッド１２を、回転重合装置３５の重合器本体４４ａに長手方向が水平となるようにセットした。そして、重合容器３８を２０００ｒｐｍで回転しながら、インナークラッド用の原料を７０℃の雰囲気下で２時間加熱重合した。重合容器３８から１〜２ｃｍ離れたところに非接地型熱電対を設け、測定された温度を、重合反応による温度とみなした。重合反応時の温度ピークは、熱電対により測定された。本実施例１においては、重合開始から約８０分経過したときに６７℃の温度ピークが認められた。インナークラッド用モノマーの重合後、アウタークラッド１２の内面にＰＭＭＡからなるインナークラッド３２が形成された。

インナークラッド３２の中空部に、コア用の原料を常温常圧下で注入した。インナークラッド用の原料は、水分を１００ｐｐｍ以下に除去したＭＭＡ６７．５ｇと、重合開始剤としての２，４−ジメチルバレロニトリル（Ｖ−６５）と、連鎖移動剤としてのｎ−ラウリルメルカプタンと、非重合性ドーパントとしてのジフェニルスルフィド（ＤＰＳ）との混合物である。２，４−ジメチルバレロニトリルとｎ−ラウリルメルカプタンとＤＰＳとのＭＭＡに対する添加率は、それぞれ０．０４モル％、０．２０モル％、７重量％（ＤＰＳ、ＭＭＡに対して１０重量％）とした。

コア用の原料が注入されたアウタークラッド１２は、長手方向が水平となるように、回転重合装置３５の重合器本体４４ａに再びセットされた。そして、重合容器３８を２０００ｒｐｍで回転しながら、インナークラッド用の原料を７０℃の雰囲気下で２時間加熱重合した。重合開始から約８０分経過したときに６７℃の温度ピークが認められた。２時間の重合後のコア用原料の転化率は９０％であった。その後、重合容器３８を５００ｒｐｍで回転しながら、１２０℃で２４時間、コア用モノマーの熱処理を行い、転化率が９９％以上であるコアが生成された。その後、重合容器３８を回転しながらアウタークラッド１２を自然冷却し、プリフォーム２１を得た。そして、このプリフォーム２１を延伸してＰＯＦ２５を得た。

プリフォーム２１は、コア３３の断面の中央部に中空部を有している。コア３３の屈折率分布係数は２．７であった。そして、中空部を減圧しながらプリフォームを延伸することにより得られたＰＯＦは、アウタークラッド外径ｄ３が７５０μｍであった。

このＰＯＦは、インナークラッド径ｄ２が７１２μｍの中空部のない形状である。アウタークラッドの外径ｄ３は、７５０μｍである。インナークラッド径ｄ２は一定（７１２μｍ）であり、コア径ｄ１は、インナークラッドの厚みを変え、同時にコア重合に用いる重合液量を変えることにより調整した。得られたサンプル（Ａ）〜（Ｆ）の各コア径ｄ１は、８０μｍ（サンプル（Ａ））、１３０μｍ（サンプル（Ｂ））、２００μｍ（サンプル（Ｃ））、３４０μｍ（サンプル（Ｄ））、４７０μｍ（サンプル（Ｅ））、６５０μｍ（サンプル（Ｆ））、７１０μｍ（サンプル（Ｇ））である。サンプル（Ｆ）は、プリフォーム中のインナークラッドの厚みをできる限り小さくする（０．７ｍｍ以下) ことで得られた。なお、アウタークラッドの屈折率ｎ３は１．４２０であり、インナークラッドの屈折率ｎ２は１．４９２、コアの最大屈折率は１．５１７であった。

長さが２５ｍのサンプル（Ａ）〜（Ｇ）の光学特性を、６５０ｎｍの発光デバイスを使って測定した。実施例で用いた発光デバイスは、ＬＤ（ＶＣＳＥＬ）、ＲＣＬＥＤ、ＬＥＤである。受光素子はＰＨ（型式；ＡＱ２７４１、浜松ホトニクス製）である。測定結果を表１に示す。表１において、“平行領域”とは、出射光線の平行領域の長さを示し、“ビーム径”とは、ＰＯＦ端面から１０００μｍの位置での出射光線の径を示す。他の測定項目は、伝送損失と、曲げ損失とである。伝送損失は、ＰＯＦへの入射光の光量に対して、ＰＯＦ端面から１０００μｍの位置での出射光の減衰から算出したものであり、ＰＯＦとＰＤとの結合損失とを含んでいる。なお、具体的測定方法は、特願２００４−０９３２７４号に記載されている。

開口数ＮＡは、発光素子としてのＬＤ（ＶＣＳＥＬ）が０．０５、ＲＣＬＥＤが０．２７、ＬＥＤが０．３３であった。また、実施例１では、光学系を調整し、ＬＤ（ＶＣＳＥＬ）からのレーザービームのスポット径を２００μｍ、発光デバイスの開口数ＮＡを０．２とした。

本実施例２では発光デバイスとしてＲＣＬＥＤ（商品名・型式；Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ＲＬＥＤ、ＥＮＱＤ３５３Ｄ５、松下電器産業製）を用い、光学系を調整し、ＰＯＦへ入射するレーザービームのスポット径を３００μｍ、発光デバイスの開口数ＮＡを０．１とした。測定結果については表２に示す。本実施例では、曲げ損失については測定していない。

本実施例３では発光デバイスとしてＲＣＬＥＤ（商品名・型式；Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ＲＬＥＤ、ＥＮＱＤ３５３Ｄ５、松下電器産業製）を用い、光学系を調整し、ＰＯＦへ入射するレーザービームのスポット径を６５０μｍ、発光デバイスの開口数ＮＡを０．３３とした。測定結果については表３に示す。本実施例では、曲げ損失については測定していない。

本実施例４では発光デバイスとしてＬＥＤ（商品名・型式；トスリンク・ＴＯＤＸ２４０２、東芝製）を用い、光学系を調整し、ＰＯＦへ入射するレーザービームのスポット径を９００μｍ、発光デバイスの開口数ＮＡを０．３３とした。測定結果については表４に示す。

本実施例５では発光デバイスとしてＬＥＤ（商品名・型式；トスリンク・ＴＯＤＸ２４０２、東芝製）を用い、光学系を調整し、ＰＯＦへ入射するレーザービームのスポット径を９００μｍ、発光デバイスの開口数ＮＡを０．４とした。測定結果については表５に示す。本実施例では、曲げ損失については測定していない。

実施例６ではインナークラッドを形成させずにコアモノマーの重合を行うことにより、コアに屈折率分布がない、ステップインデックス型のＰＯＦを作製した。サンプル（Ｈ）のアウタークラッドのクラッド外径ｄ３は７５０μｍ、コア径（ｄ１＝ｄ２) は７１２μｍである。サンプル（Ｉ）のアウタークラッドのクラッド外径ｄ３は７５０μｍ、コア径（ｄ１＝ｄ２) は６５０μｍである。測定結果の記載方法は実施例（１）〜（５）と同じである。発光デバイスは実施例３と同様のものを使用した。

ＬＥＤからの出射光線の開口数ＮＡを０．２７とした場合、平行領域、ファイバ端面から１０００μｍの位置でのビーム径、出射光の広がり角は、ＲＣＬＥＤを使用した実施例での結果とほぼ同じであった。さらに、サンプル（Ｅ）に替えて、インナークラッドの屈折率差を調整した、サンプル（Ｅ２）及び（Ｅ３）を新たに製造し、これらを用いて同様の実験を行った。サンプル（Ｅ２）の屈折率差は０．０１３、構造開口数は０．２０である。サンプル（Ｅ３）の屈折率差は０．０２３、構造開口数は０．２６である。屈折率差が大きくなるにつれて、出射ビームの平行領域長さがやや長くなる傾向はあるが、サンプル（Ｅ２）、（Ｅ３）の光学特性は、サンプル（Ｅ）とほぼ同じであった。また、上記サンプル（Ｅ）、（Ｅ１）、（Ｅ２）の伝送帯域は、いずれも１２５Ｍｂｐｓ以上（ＬＥＤ）、５００Ｍｂｐｓ以上（ＲＣＬＥＤ）、１．２５Ｇｂｐｓ以上（ＬＤ）であった。

開口数ＮＡが０．３５以下の発光デバイス用いた場合には、コア径ｄ１が１００μｍ以上７００μｍ以下で、ＰＯＦ端面から１０００μｍの位置での出射ビーム径の広がりを抑えることができる。ただし、コア径ｄ１とインナークラッド径ｄ２の差が大きくなるにつれて、光学損失が増す傾向にあることが、サンプル（Ａ）〜（Ｄ）とサンプル（Ｅ）、（Ｆ）との結果比較からわかる。

本発明は、プラスチック光ファイバ等の伝送媒体と、発光デバイスまたは受光デバイス間での結合に関するものである。

プラスチック光ファイバの断面図である。 プラスチック光ファイバの径方向における屈折率分布を示す図である。 プラスチック光ファイバの製造工程を示すフローチャートである。 コアを形成するための重合装置を示す概略図である。 プラスチック光ファイバの光出射端からの距離とビーム径のグラフである。

Claims (10)

1. 発光デバイスと受光デバイスとをグレイデッドインデックス型プラスチック光ファイバを介して結合させる光結合方法であり、発光デバイスからの光線はグレイデッドインデックス型プラスチック光ファイバの一端から入射し他端から出射して前記受光デバイスに入る光結合方法において、
   前記プラスチック光ファイバは、断面が略円形に形成され、中心に向かうにつれて屈折率が高くなる屈折率分布を有するコアと、前記コアの外周に設けられ、前記コアと同じか、それよりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に設けられ、前記第１クラッドよりも低い屈折率を有する第２クラッドとを備える、前記プラスチック光ファイバは、以下の条件を満たす；
   １００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
   ２００（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
   ｄ１＜ｄ２
   ここで、ｄ１は前記コアの直径、ｄ２は前記第１クラッドの外径である。
2. 前記発光デバイスの開口数が０．０５以上０．３５以下であることを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
3. 前記コアと前記第１クラッドは、
   ０．５×ｄ２≦ｄ１
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
4. 前記コアと前記第１クラッドは、
   ３００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
   ３５０（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
5. 前記第１クラッドの外径は、前記プラスチック光ファイバへの入射光線の径と同じか、それよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
6. 前記発光デバイスの開口数は、前記コアの開口数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
7. 前記プラスチック光ファイバと前記受光デバイスとを、集光要素を用いることなく、１μｍ以上１０００μｍ以下の間隔で接続することを特徴とする請求項１記載の光結合方法。
8. 伝送光を発する発光デバイスと、前記伝送光をその一端から他端へ通過させるグレイデッドインデックス型プラスチック光ファイバと、このプラスチック光ファイバの他端から出射された伝送光を受光する受光デバイスとを有する光送受信装置において、
   前記プラスチック光ファイバは、断面が略円形に形成され、中心に向かうにつれて屈折率が高くなる屈折率分布を有するコアと、前記コアの外周に設けられ、前記コアと同じか、それよりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に設けられ、前記第１クラッドよりも低い屈折率を有する第２クラッドとを備える、前記プラスチック光ファイバは、以下の条件を満たす；
   １００（μｍ）≦ｄ１≦７００（μｍ）
   ２００（μｍ）≦ｄ２≦１０００（μｍ）
   ｄ１＜ｄ２
   ここで、ｄ１は前記コアの直径、ｄ２は前記第１クラッドの外径である。
9. 前記発光デバイスの開口数が０．０５以上０．３５以下であることを特徴とする請求項８記載の光送受信装置。
10. 前記発光デバイスは光共振器を有することを特徴とする請求項８記載の光送受信装置。

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