JP4639386B2 - 光伝送体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送体及びその製造方法に関する。

広く用いられている光伝送体としては、レンズや導波路、最近では光ファイバがある。そして、このような光伝送体には、軽量化を図る目的や可撓性をもたせる目的から、無機材料に代わって様々な有機ポリマーが用いられてきている。そして、光伝送体では、屈折率をある方向で連続的に変化させていることにより、すなわち屈折率分布が連続的であることにより、入射した光を所定の向きに案内して射出する。そして、連続的な屈折率分布を発現させるために、様々な光伝送体製造方法が提案されている。

例えば、プラスチック光ファイバのうちグレイデッドインデックス（ＧＩ）型のものとしては、大きくふたつの方法がある。一方はいわゆるドーパントタイプの光ファイバであり、他方はいわゆる共重合タイプの光ファイバである。前者は、クラッドに覆われたコアにおいては、マトリックス用のポリマーと反応しないすなわち非反応性の低分子（分子量が２０００以下である）物質と、マトリックス用のポリマーとを混ぜ、低分子物質をポリマー中で拡散させることにより、ポリマーにおける低分子物質の濃度に勾配がつけられた光ファイバであり、この濃度勾配により屈折率分布が発現している（例えば、特許文献１参照）。低分子物質としてポリマーよりも高い屈折率のものが用いられ、ここで用いる低分子物質は屈折率上昇剤（ドーパント）と称されることがある。後者は、互いに異なる２種類のモノマーが共重合されたものであり、両モノマーの反応性比の違いを利用してモノマーの濃度に勾配をつけることにより、屈折率分布が発現されている（例えば、特許文献２，３参照）。

透明性の観点からドーパントタイプと共重合タイプとの光ファイバを比較すると、一般にはドーパントタイプの光ファイバの方が優れる。これは、共重合タイプの光ファイバの場合には、屈折率分布を形成する際に、屈折率以外の光学的性質が不均一となりやすいからである。このために、ＧＩ型プラスチック光ファイバとしてはドーパントタイプがより好ましいといえる。

しかし、ドーパントタイプの光ファイバ、例えば特許文献１記載の光ファイバにも課題がある。この課題とは、すなわち、耐熱性である。この耐熱性に関する問題とは、ドーパントタイプの光ファイバを高温下で連続的に使用あるいは断続的に繰り返し使用すると、ドーパントが光ファイバ内で移動して、ドーパントの濃度勾配が緩くなり、このために伝送特性が徐々に悪くなってしまうという問題である。これは、ドーパントをポリマー中に添加すると、ドーパントが可塑剤として働き、この可塑作用によりポリマーのガラス転移温度が低下するからである。例えば、従来のプラスチック光ファイバに多く用いられているＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のガラス転移温度は１０５℃であるが、ドーパントを添加した場合には、ドーパントの種類と添加量とに応じてガラス転移温度が低下してしまう。

ドーパントタイプのプラスチック光ファイバにつき耐熱性を向上するには、（１）マトリックス用のポリマーのガラス転移温度を低下させない、あるいは低下させる程度がより小さい化合物をドーパントとして用いる方法と、（２）ドーパントを加えてもガラス転移温度が低下しない、あるいは低下しにくいポリマーをコアのマトリックス用として用いる方法とが考えられる。しかしながら、（２）における上記性質をもつポリマーは、ドーパントとの相溶性が悪いために、これをコアのマトリックスとするとドーパントが光の散乱源となり、光散乱損失が大きくなってしまう。そこで、（２）よりも（１）の方法の方が好ましいと言える。

ところで、プラスチック光ファイバの耐熱性に関する基準としては、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ基準がある。この基準によると、屋外用途のプラスチック光ファイバには、８５℃１６８時間の環境下での連続試験の後の伝送損失が試験前に比べて伝送損失が大きくなっていないことが求められる。

そこで、この基準を達成すべく、コアのマトリックス用ポリマーとして、主鎖に管状構造をもつポリオレフィンを用いたプラスチック光ファイバが提案されている（特許文献４参照）。また、コアに含有させるドーパントとして、所定の化学構造をもつ含硫環状化合物を用いたプラスチック光ファイバが提案されている（特許文献５参照）。
特許第３３３２９２２号明細書 特開平５−１７３０２５号公報 特開平５−１７３０２６号公報 特開平１１−１４２６５８号公報 特開２００２−０５３５７６号公報

しかしながら、特許文献４の光ファイバにおけるポリオレフィンは、ＰＭＭＡよりもガラス転移温度が高いために耐熱性はそれまでのドーパントタイプの光ファイバよりも優れるが、十分とはいえない。光ファイバとしての伝送損失はＰＭＭＡよりも数倍大きいので光ファイバの伝送距離が制限されてしまう。

また、特許文献５の光ファイバは、ポリマーと提案されるドーパントとの組み合わせでは相溶性が悪く、実用性ある透明性を発現することができない。したがって、１４．２ｄＢや１７．８ｄＢという波長６５０ｎｍでの伝送損失を発現させることは実際上困難であり、ドーパントとポリマーとの相溶化方法につき課題が残る。さらに、特許文献５では、上記のような伝送損失を測定するにあたり、６３３ｎｍでの測定値から６５０ｎｍでの値を小数点以下一桁で求めた記載をしてあるが、このような精度での算出は明確な根拠の明示がない限りには、伝送損失の上記値の信頼性の幅がわからない。そして、伝送帯域については、通常考えられる半導体レーザを使用したとすれば、特許文献５の値は波長分散等を考慮した理論限界値を上回っており、この点でも特許文献５の光ファイバの効果は不明瞭といえる。そして、伝送損失の算出法と伝送帯域値の求め方とにつき仮に信頼性が高いものであるとしても、クラッドをつくるにあたり、中空部をドリルで形成すると内壁の平滑性に欠け、得られる光ファイバの伝送特性は著しく大きくなってしまうので、該ドーパントによる効果が仮にあったとしてもその効果を失わせるものであり、この点でも引用文献５の開示は満足とはいえない。

そこで、本発明では、上記問題に鑑み、従来の光伝送体の光学特性を維持しつつも、耐熱性に優れた光伝送体及びその製造方法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、本発明は、マトリックス用のポリマーにドーパントが含まれ光を伝送するコアと、このコアの外周に備えられ屈折率が前記コアの屈折率以下であるクラッドとを有し、前記ドーパントは、前記ポリマーに対して非反応性を有する低分子物質であってコアの外周に向かうに従い濃度が連続的に低くされている光伝送体において、前記ポリマーはポリメチルメタクリレートであり、前記ドーパントはジベンゾチオフェンと９−ブロモフェナントレンとの少なくともいずれか一方であることを特徴として構成されている。

上記の光伝送体においては、コアは断面円形の線状部材であり、前記光伝送体は光ファイバであることが好ましい。

また、本発明は、光を伝送するコアと、屈折率が前記コアの屈折率以下であり前記コアの外周に配されるクラッドとを有する光伝送体の製造方法において、管形状の前記クラッドの中空部に、ドーパントとメチルメタクリレートとを入れ、前記メチルメタクリレートを重合させることにより前記コアを形成し、前記ドーパントはジベンゾチオフェンと９−ブロモフェナントレンとの少なくともいずれか一方であることを特徴として構成されている。

本発明により、従来の光伝送体と同等の光学特性をもち、かつ、耐熱性により優れた光伝送体を製造することができる。

本発明の実施の態様について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明のプラスチック光ファイバ（以下、単に光ファイバと称する）の断面図であり、図２は光ファイバの断面の径方向における屈折率を示す図である。なお、図２においては、横軸はプリフォームの断面径方向を示し、縦軸は屈折率を示す。屈折率は、上方向が高い値であることを意味する。断面円形の光ファイバ１１は、一端から入射した光を伝送して他端から射出する、すなわち光信号を一端から他端へと伝達するコア１２と、このコア１２の外周と接してコア１２を覆う外殻部としてのクラッド１３とを有する。したがって、コア１２の直径はクラッド１３の内径に等しい。クラッド１３は、外径及び内径が長手方向にそれぞれ一定で、厚みが均一の管形状とされている。

図２においては、横軸方向の符号（Ａ）で示される範囲は、図１におけるクラッド１３の範囲であり、符号（Ｂ）で示される範囲は図１におけるコア１２の範囲である。

コア１２は、図２に示されるように、クラッド１３との境界から中心に向けて屈折率が連続的に高くなり、断面円形の中心の屈折率が最も大きい値となっている。すなわち、コア１２は、外周に向かうに従い屈折率は徐々に低くなっている。クラッド１３の屈折率はコア１２の屈折率以下、すなわちコア１２の屈折率の最小値もしくは最小値よりも小さい値となっている。このように、光ファイバ１１は、グレイデッドインデクス（ＧＩ）型光ファイバである。

断面円形の径方向において、コア１２の屈折率の最大値ＮＢとクラッド１３の屈折率ＮＡとの差Ｎ（ｄ）は０．００５以上０．０５以下であることが好ましく、０．０１５以上０．０２５以下であることがより好ましい。なお、図１では、クラッド１３とコア１２との境界を説明の便宜上示してはいるが、製造の条件等によりこの境界の明確さは異なり、必ずしも境界が確認できなくともよい。

また、本実施形態のクラッド１３は、図２に示すように屈折率が概ね一定となっているが、コア１６に近づくほど屈折率が大きくなっていてもよく、この屈折率の変化はコア１６に近づくほど段階的に大きくなってもよいし連続的に大きくなってもよい。ただし、このように段階的もしくは連続的に大きくなる場合には、コア１２の外周部の屈折率よりもクラッド１３の内周部の屈折率が大きい方が光の伝送損失を低く抑える点で好ましい。

また、光ファイバ１１は、他の構造とされていても本発明は適用される。例えば、コア１２とクラッド１３との少なくともいずれか一方が複層であってもよい。

クラッド１３は有機ポリマーで構成される。例えば、ＰＭＭＡ、ポリエチルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ２，２，２−トリフロロエチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニリデンフロライド等を挙げることができる。これらのうち、ＰＭＭＡ、ポリ２，２，２−トリフロロエチルメタクリレートがより好ましい。

コア１１は、マトリックス用の有機ポリマーとこの有機ポリマーよりも屈折率が高いドーパントとしての低分子化合物とを含む。マトリックスとは、コア１１としての形状を成し、光を透過すべき成分であることを意味する。マトリックス用のポリマーとしてはＰＭＭＡを用いる。ＰＭＭＡに代えて、ポリ２，２，２−トリフロロエチルメタクリレート、ポリスチレン等を用いることができる。

ドーパントとしては、マトリックス用のポリマーと反応しない、すなわち、該ポリマーに対して非反応性である化合物を用いる。そして、本発明では、このドーパントとして、ジベンゾチオフェン（以下、ＤＢＴと称する）を用いる。ＤＢＴに代えて、あるいは加えて、９−ブロモフェナントレン（以下、ＢＰＴと称する）を用いてもよい。ＤＢＴの構造式を下記の（１）に、ＢＰＴの構造式を下記の（２）に示す。

ＤＢＴとＢＰＴとの少なくともいずれか一方をドーパントとして用いることにより、ＰＭＭＡの光伝送特性とガラス転移点とが低下していないコア１１をつくることができる。ＤＢＴとＢＰＴとは、ともに、剛直（リジッド）な構造をもつのでコア１１としての耐熱性を維持する効果がある。そして、これらは、ベンゼン環を含むので、ベンゼン環を有しないドーパントと比べてコア１１の屈折率を上げる作用が高い。また、両者は、電子遷移に起因する光吸収が光信号の伝送に使用される波長領域では略ゼロであり、かつ、ＰＭＭＡとの相溶性が非常に優れることからＰＭＭＡの透明性を損なうことがない。さらに、加熱下でも重量が減少しないといういわゆる熱重量安定性に優れ、また、熱による着色が少ない。

図３は、コアにおけるドーパント含有率のグラフである。横軸はコアの径方向、縦軸はドーパント含有率である。ドーパント含有率（単位；％）はＰＭＭＡの重量をｘ１、ＤＢＴの重量をｙ１とするときに、１００×ｙ１／ｘ１で求めることができる。縦軸では、上方向にいくほどドーパント含有率が大きいことを示す。コア１１においては、ドーパント含有率は、中央部が最も大きく、外周に向かうに従い徐々に小さくなっている。

ＤＢＴをドーパントとする場合には、コア１１の断面円形の中央部におけるドーパント含有率Ｃｃが３以上２５以下の範囲であって外周部におけるドーパント含有率Ｃｏがゼロとなっていることが好ましい。そして、中央部のドーパント含有率Ｃｃから外周部のドーパント含有率Ｃｏを減じた値、すなわちＣｃ−Ｃｏで求める差Ｃ（ｄ）は、３以上２５以下であることが好ましく、７以上１２以下であることがより好ましく、コア１１の長手方向で一定とされることが好ましい。ＤＢＴに代えてＢＰＴを用いる場合も同様である。また、ＤＢＴとＢＰＴとを併用する場合には、両者を併せた重量をｙ１とみなして上記と同様の各数値範囲とするとよい。ＤＢＴとＢＰＴとは、例えば、ジフェニルスルホキシド（Ｃ_６Ｈ_５−ＳＯ−Ｃ_６Ｈ_５）（以下、ＤＰＳと称する）やビフェニル系のドーパントと比べて、低いドーパント含有率でもより高い屈折率をコア１１に発現させるとともに、コア１１の耐熱性をより高める効果がある。

光ファイバ１１（図１参照）をつくる方法としては、主に２つの方法がある。ひとつは、先ず円柱状または円筒状のプリフォームをつくり、このプリフォームを長手方向に加熱して延伸するいわゆるプリフォーム法である。そしてもうひとつの方法は、プリフォームをつくることなく、ポリマー及びドーパントから連続的にファイバ状に成形する連続法である。なお、これらの方法は、出発原料としてモノマーを用いる方法と、ポリマーを用いる方法とがそれぞれ可能である。

ポリマーを出発原料とするプリフォーム法を例にとって光ファイバの製造方法を説明するが本発明は以下の態様に限定されない。まず、延伸したときにクラッド１３（図１参照）となるような管をつくる。この管は、プリフォームの外殻部となる。管のつくり方としては、ふたつの方法がある。ひとつは、つくるべきプリフォームの外径と略同等の内径をもつ管状容器に、クラッドを形成するモノマーを入れて、環状容器を回転しながらモノマーを重合し、管をつくる方法である。もうひとつは、クラッドとなるポリマーを溶融成形して管をつくる方法である。以下の説明においては、前者の方法を用いてプリフォームをつくる方法につき、詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

管状容器は、一端が塞がれ、他端が蓋部材により開閉自在となっている。この管状容器の中に、メチルメタアクリレート（ＭＭＡ）とＭＭＡを重合させるための重合開始剤及び連鎖移動剤とを入れる。これらの原料は、濾過してから管状容器中に入れることが好ましい。これらの原料を入れて蓋部材により管状容器を密閉し、所定温度の恒温槽に入れる。恒温槽の中には、管状容器を回転可能に保持する保持部が備えられており、この保持部に管状容器をセットし、所定時間及び所定温度この管状容器を静置する。これにより、原料をゾル状態にする。このとき、原料の温度は、６０℃〜８０℃、恒温槽での保持時間は１時間〜３時間とすることが好ましい。

その後、保持部により、管状容器を、断面円形の中心が回転中心となるように、所定の回転速度で回転しながら、ＭＭＡを重合させＰＭＭＡとする。このとき、原料の温度が６０℃〜８０℃の範囲に保持されるように、恒温槽の内部の温度を制御することが好ましい。重合に際しての管状容器の回転速度は、１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲であることが好ましい。重合時間は２時間〜５時間とすることが好ましい。

重合を終了させた後、熱処理を実施する。この熱処理は、内部の温度を９０度に保持した恒温槽の中で、管状容器を８時間〜２４時間静置する処理である。この熱処理の後に、恒温槽の内部温度を下げて管状容器を取り出し、管状容器から、ＰＭＭＡからなる管を取り出す。

ドーパントとして、ＤＢＴを用いる場合とＢＰＴを用いる場合と、これらを混ぜて用いる場合とでは、コアの形成方法は基本的に同じであるため、以下の説明においてはＤＢＴを用いる場合を例にして説明する。ＰＭＭＡからなる管の片端を塞ぎ、恒温槽としてのオイルバス中に、塞いだ片端が下となるように管を垂直に立てる。そして、管の中にＭＭＡと、ＤＢＴと、重合助剤としての重合開始剤及び連鎖移動剤とを入れる。なお、ドーパント含有率、すなわちＤＢＴの含有率と屈折率との関係を予め求めておき、この関係に基づいて、管の中に入れるべきＤＢＴの量を決めるとよい。ＭＭＡと、ＤＢＴと、重合助剤とは、いずれも濾過してから用いることが好ましい。

コアの形成は、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との他に、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、重合装置の構造には依存せず、図２に示される重合装置４０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。また、温度計４７は、重合容器４１の内部の温度を検知する。容器本体４１ａには加熱線（図示なし）が備えられており、温度コントローラ４８は、温度計４７の検知結果に応じて、加熱線を流れる電流を制御する。これにより、重合容器４１の内部の温度は制御される。なお供給されるガスは不活性ガスであれば窒素に限定されず、アルゴン等でもよい。このガス供給により、重合容器４１の内部空気は窒素に置換される。重合容器４１は、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、内部への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。

管３３は、ＭＭＡと、ＤＢＴと、重合助剤との混合物、すなわちコアの原料が注入された状態で、治具としてのガラス管５２に挿入されて、容器本体４１ａに入れられる。このとき、ガラス管５２は、垂直に静置される。

管３３を収容しているガラス管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て、重合容器４１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、ＭＭＡの重合は、温度コントローラ４８により加熱された状態で行う。重合は所定の温度下で所定の時間行う。重合反応中における圧力は、圧力コントローラ４５により所定値となるように制御されており、常圧より高くすることが好ましい。

ＭＭＡが重合を開始すると、管の内壁がＭＭＡにより膨潤し、重合初期段階では膨潤層を形成する。この膨潤層は、ゲル状態となっており、そのため、重合速度が加速（ゲル効果と称する）する。そして、重合は、管３３の内面から開始し、管３３の断面円形の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、重合の進行と共に、分子体積の大きなＤＢＴが膨潤層から前記中心方向へと押し出される。この結果、形成されたコアでは、中心部に向かうに従いＤＢＴの濃度が高くなり、断面円形の径方向における中心に向かって屈折率が徐々に高くなったプリフォームを得ることができる。

また、ＭＭＡの重合時においては、コアの原料が注入された管３３を、図４に示すようにガラス管５２等の治具により支持して重合容器４１にセットすることが好ましい。前記治具は、管３３の挿入が可能な中空部を有する管形状であることが特に好ましい。そして、加圧下で重合が進むに従い、コアとなる領域が徐々に収縮しようとする力が増すが、これに応じてクラッドが微小な範囲で寸法変化することができるように、前記治具は、管３３の外面を固定等せずに管３３を支持することが好ましい。例えば、管３３が治具に固定されて支持されている場合には、重合中のＭＭＡ及びＰＭＭＡの収縮に対して管３３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、治具が管状である場合には、前記管３３の外径よりも大きい内径を有することが好ましい。ただし、クラッドの寸法変化に応じてこれ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。なお、本実施形態では、クラッドとなる管３３を垂直に立ててＭＭＡの重合を実施したが、必ずしも垂直に立てなくてもよい。例えば、長手方向が水平と交差する向きとなるように管３３を治具で保持し、このような傾いた姿勢でＭＭＡの重合を実施してもよい。重合時における管３３の姿勢は、長手方向が水平であるよりも傾いている方が好ましく、傾いているよりも垂直である方がさらに好ましい。また、傾いた姿勢で重合させる場合には、管３３の断面中心を回転中心として回転させながらＭＭＡの重合を実施してもよい。

ＭＭＡの重合時における圧力の好ましい範囲は、０．２ＭＰａ〜０．８ＭＰａである。圧力が０．８ＭＰａよりも大きいと、ＭＭＡ中に加圧気体が溶解する、または、ＭＭＡに存在する溶存気体がＭＭＡから脱離せず、後に行うプリフォームの延伸工程でこれが気泡となるという問題が起こりうる。一方、圧力が０．２ＭＰａよりも小さいとプリフォームのコア部材中に空隙や気泡が発生しやすいという問題が起こりうる。このように、重合時の圧力を制御することにより、プリフォームのコア部材あるいは光ファイバのコアに空隙や気泡が発生することを抑制することができる。

重合は加熱下でなされることが好ましい。ＭＭＡを重合する場合には、その温度は９０℃〜１３５℃とすることが好ましく、１１０℃〜１３０℃とすることがさらに好ましい。また、重合時間は、３０時間〜５０時間であることが好ましい。

この様にして得られる円柱状のプリフォームは、図２に示す光ファイバと同様の屈折率分布をもつ。したがって、このプリフォーム自体も、レンズや導波路等の光伝送体として用いることができる。例えば、長手方向と垂直な方向でカットしてレンズとして用いることができる。

次に、得られたプリフォームを延伸工程に供し、ＧＩ型の光ファイバ１１（図１参照）とする。図１１は、プリフォームを延伸して光ファイバとするための延伸設備の概略図である。ただし、本発明は、以下の延伸方法及び延伸設備に依存するものではなく、公知の延伸方法及び延伸設備を用いることができる。

延伸設備６１には、プリフォーム６２を加熱する加熱装置６３と、加熱されたプリフォーム６２を延伸するときの張力を測定するための張力測定装置６４と、この張力測定装置６４の検知結果に基づいて延伸における張力を制御するための張力を調整するダンサーローラ６７と、延伸速度を制御するローラ対６８と、光ファイバ１１の外径を測定するための外径測定装置７１と、光ファイバ１１を巻き取る巻取装置７２とを備える。

また、加熱装置６３の上流側には、プリフォーム６２を保持しながら下方向へ変位させるための保持部材７３と、保持部材７３によるプリフォーム６２の保持及びその解除と保持部材７３の変位とを制御するためのシフト装置７４が備えられる。

そして、加熱装置６３には、円筒状の加熱炉７７が備えられている。加熱炉７７では、プリフォーム６２の長手方向に沿って温度の高低分布がつけられる。また、ローラ対６８は、駆動ローラ６８ａと加圧ローラ６８ｂとが光ファイバ１１を挟みこむように対向して配置されたものである。駆動ローラ６８ａにはモータ７８が接続しており、このモータ７８の回転速度を調整することにより駆動ローラ６８ａの回転速度が調整される。さらに、ダンサーローラ６７には、変位するためのシフト機構（図示なし）が備えられており、この変位により、延伸における張力が制御される。また、延伸による張力については、プリフォーム６２が下降する速度や、駆動ローラ６８ａの回転速度や加熱炉７７における加熱温度によっても調整することができる。

プリフォーム６２は、保持部材７３により上部を保持された状態で延伸される。プリフォーム６２の上部を保持する保持部材７３は、延伸速度に応じて下方に変位する。プリフォーム６２の大部分が延伸されて所定の位置に達したことは、シフト機構１３７により検知され、このシフト機構１３７が保持部材７３による保持を解除する。

プリフォーム６２は、保持部材７３に保持された状態で加熱炉７７の内部に案内されて延伸され、延伸速度に応じた速度で下降を続ける。

加熱溶融によるプリフォーム６２の劣化を防ぐためには、加熱装置６３内を不活性雰囲気とするために不活性ガスを供給する供給装置（図示しない）が取り付けられてある。

プリフォーム６２は、加熱炉７７内でその先端から少しずつ溶融され、延伸されることにより光ファイバ１１となる。加熱時の温度は、２００℃〜２５０℃が好ましい。延伸温度等の延伸条件は、プリフォーム６２の径や、所望とする光ファイバ１１の径、ＤＢＴやＢＰＴのドーパントの拡散速度等を考慮して、適宜決定することが好ましい。なお、加熱炉７７は、プリフォーム６２を外周から均等に加熱するために、円筒形状とされている。

光ファイバ１１は、張力測定装置６４により延伸した際の張力が測定される。そして、外径測定装置７１により外径が測定される。延伸の速度は、ローラ対６８により所望の値となるように設定され、この制御は、駆動ローラ６８ａの回転速度がモータ７８により調整されることによりなされる。そして、光ファイバ１１の外径が所定の値となるように、保持部材７３の下降速度や加熱炉７７での加熱温度、ローラ対６８による引取り速度などを制御する。

＜プリフォームの作製＞
内径２２ｍｍのガラス製の管状容器の中に、ＭＭＡ１００ｇと重合開始剤０．５重量％と連鎖移動剤０．２８重量％とを充填し、管状容器を塞いだ。管状容器を恒温槽としての水槽に約２時間入れゾル状態にした。この間、水槽の水の温度は７０℃に保持した。水槽中設けられた保持部により管状容器を約２０００ｒｐｍで３時間回転させながら、ＭＭＡを重合させ、長さ６０ｃｍの管を得た。この間の水の温度は７０℃に保持した。

つぎに、ＰＭＭＡからなる管からガラスの管状容器を取り外した。管を、９０℃に設定したオイルバスに垂直に浸し、その中空部に、ＭＭＡと、ＰＭＭＡに対する屈折率差が０．０１５となる量のＤＢＴと、重合助剤との混合液を、メンブレンフィルタによりろ過して注入した。この後、管を治具５２で保持した状態で重合装置４０としてのオートクレーブに収容した。オートクレーブの内部温度は１２０℃とした。オートクレーブの内部の空気を窒素に置換し、１２０℃の加圧下で約４８時間、ＭＭＡの重合反応を行い、屈折率が半径方向で連続的に変化しているプリフォーム６２を作製した。

＜光ファイバ１１の製造＞
得られたプリフォーム６２を、延伸設備６１により、２３５℃で加熱延伸し、外径０．７５ｍｍのＧＩ型光ファイバ１１を得た。

＜耐熱性評価＞
得られた光ファイバ１１につき屈折率分布を測定し、その後、この光ファイバ１１を、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ基準よりも厳しい環境下である１００℃、１６８時間の雰囲気下に放置してから光ファイバ１１の屈折率分布の状態を再び測定した。その結果、加熱放置の前と後では屈折率分布に変化は見られなかった。

＜ガラス転移温度の測定＞
耐熱性評価を実施する前の光ファイバ１１につき、最もドーパント含有率が大きいコア１２の中心部でのガラス転移温度は９８℃であった。

＜伝送特性＞
光学特性を、耐熱性評価の前と後との伝送特性を互いに比較することにより評価した。伝送特性の評価としては、伝送損失と伝送帯域とを以下の方法で求めた。伝送損失は、波長６５０ｎｍの単色光を用いてカットバック法（ＪＩＳ Ｃ ６８２３）により測定した。伝送帯域は、波長６５０ｎｍの単色光を用いてパルス法（ＪＩＳ Ｃ ６８２４）により測定した。この結果、耐熱評価前の伝送損失は、本発明の構成をもたない、すなわち本発明におけるドーパントが含まれていない従来品のＰＭＭＡ製のコアをもつ光ファイバの伝送損失とほぼ同等であった。そして、耐熱評価後の伝送損失は、耐熱評価前に比べて光ファイバ長１００ｍで１．４ｄＢしか増加していなかった。また、耐熱評価前の伝送帯域は光ファイバ長１００ｍで２．２ＧＨｚであり、耐熱性評価後もこれと同等であり低下は確認されなかった。

ＤＢＴをＢＰＴに代えた他は、実施例１と同じ方法で光ファイバ１１を製造した。そして、実施例１と同様に、耐熱性評価とガラス転移温度の測定とを実施した。耐熱性評価では、加熱放置の前と後では屈折率分布に変化は見られなかった。また、コア１２の中心部でのガラス転移温度は１０４℃であった。また、耐熱評価後の伝送損失は耐熱評価前の伝送損失よりも光ファイバ長１００ｍで０．３ｄＢしか増加していなかった。また、伝送帯域については、耐熱評価前と耐熱性評価後とは同等であり耐熱評価による低下は確認されなかった。

［比較例１］
本発明に対する比較実験として、ＤＢＴをＤＰＳに代えて光ファイバを作製した。他の条件は実施例１と同じである。そして、実施例１と同様に、耐熱性評価とガラス転移温度の測定とを実施した。図６は、耐熱性評価における加熱放置の前と後とのコアの屈折率分布を示すグラフである。破線で示す線Ｌ１は加熱放置前のコアの屈折率分布であり、実線で示す線Ｌ２は加熱放置後のコアの屈折率分布である。コアの外周部の屈折率は、加熱放置の前と後とでほとんど変化は無かったが、コアの中心の屈折率は、加熱放置後の方が加熱放置前よりも低くなった。コアの屈折率分布は、外周部と中心部との差が大きい方が光ファイバとして好ましいが、この比較例１では、加熱放置後は、実施例１及び実施例２よりも低くなってしまった。屈折率分布のグラフ形状についても、加熱放置前は線Ｌ１に示したようにほぼ理想的なＧＩ型であったものが、加熱放置後にはＬ２のようなステップインデックス型に近い形状に変化してしまった。また、コア１２の中心部でのガラス転移温度は８８℃であった。耐熱評価後の伝送損失は、耐熱評価前に比べて光ファイバ長１００ｍで３ｄＢ増加していた。また、耐熱性評価後の伝送帯域は光ファイバ長１００ｍで０．５ＧＨｚに低くなってしまった。

以上の実施例１，実施例２，比較例１の実験により、本発明によると、伝送特性に優れるとともに、耐熱性が従来よりも優れたＧＩ型のプラスチック光ファイバが得られることがわかる。

本発明の光ファイバの断面の概略図である。 本発明の光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。 光ファイバのコアにおけるドーパント含有率の概略図である。 コアを形成する重合装置の概略図である。 プリフォームを延伸する延伸設備の概略図である。 従来の光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。

符号の説明

１１ 光ファイバ
１２ コア
１３ クラッド

Claims (3)

1. マトリックス用のポリマーにドーパントが含まれ光を伝送するコアと、このコアの外周に備えられ屈折率が前記コアの屈折率以下であるクラッドとを有し、前記ドーパントは、前記ポリマーに対して非反応性を有する低分子物質であって前記コアの外周に向かうに従い濃度が連続的に低くされている光伝送体において、
   前記ポリマーはポリメチルメタクリレートであり、
   前記ドーパントはジベンゾチオフェンと９−ブロモフェナントレンとの少なくともいずれか一方であることを特徴とする光伝送体。
2. 前記コアは断面円形の線状部材であり、前記光伝送体は光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光伝送体。
3. 光を伝送するコアと、屈折率が前記コアの屈折率以下であり前記コアの外周に配されるクラッドとを有する光伝送体の製造方法において、
   管形状の前記クラッドの中空部に、ドーパントとメチルメタクリレートとを入れ、前記メチルメタクリレートを重合させることにより前記コアを形成し、
   前記ドーパントはジベンゾチオフェンと９−ブロモフェナントレンとの少なくともいずれか一方であることを特徴とする光伝送体の製造方法。

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