JPH01312509A - 光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、データ通信用の光例えば光信号の伝送に適す
る光導波路（ＬＷＬ）に関する。

光導波路は、コア及びクラツディングからなり、両者は
（種々な）透明材料からなり、その際コア材料は常にク
ラツディング材料より少なくとも１％高い屈折率を有す
る。光導波路は、一般に糸状であり、円形横断面を有す
る。クラツディング材料は管状横断面を以て薄層で糸状
コア上に塗布される。

従来光導波路に最ひんばんに使用される材料は、コアの
場合メタクリル酸エステルのホモ−及び共重合体であり
、クラツディングの場合弗素含有アルコールのメタクリ
ル酸エステルのホモ−及び共重合体又は弗化ビニリデン
と別の弗素含有単量体との共重合体である。

コアがメチルメタクリレート（ＭＭ八）、スチロールの
ホモ−又は共重合体又は脂肪族アルコールのメタクリル
酸エステルからなる光導波路が公知である。この光導波
路のクラツディングは、弗化ビニリデン（ＶｄＦ）　、
テトラフルオルエチレン（ＴＦＩＩり及び／又はヘキサ
フルオルプロピレン（ＲＦＰ）の共重合体又は三元共重
合体からなる（欧州特許出願Ａ第１５４３３９号、第９
７３２５号公報、ドイツ特許出願Ａ第２４５５２６５号
公報）。

その上、コア又はクラツディングが適当な重合体からな
る光導波路の長期使用温度を電離線による処理により改
善することができることが公知である。併し、ＭＭＡを
含有する重合体は電離線の影響下黄褐色に変色すること
が同様に公知である。これによりコア材料の透明度が害
され、ＰＭＭＡの重合体鎖が電離線の作用により分離さ
れる。

最後にＶｄＦを含有する重合体を、重合体とジメチルメ
トキシビニルシランである化合物との反応及び水の作用
下熱可塑的加工後網状化することができることが公知で
ある（ドイツ特許出願＾第３３２７５９６号公報）。

課題は、６５０及び７Ｂ０ｎｏ＋の波長に於ける１０乃
至１００メートルの伝送長に適し、１００°Ｃ以上の温
度でも伝送長を著しく限定することなしに使用すること
ができる光導波路のクラツディングを製造するために入
手し易い単量体からなる高透明重合体材料を提供するこ
とであった。

本発明者は、コアが弗化ビニリデン、テトラフルオルエ
チレン及びヘキサフルオルプロピレンを基体とする重合
体からなる光導波路がこの課題を解決することができる
ことを見出した。

それ故本発明は、コアが屈折率ｎ　（Ｋ）を有する重合
体からなりそしてクラツディングが屈折率ｎ　（Ｍ）を
有する重合体からなり、その際ｎ（Ｋ）／ｎ　（Ｍ）が
＞１．０１であるコア／クラツディング−構造を有する
光導波路に於いて、コアが、夫々重合体に対し ３０乃至５０重量％の弗化ビニリデン、２５乃至５５重
量％のテトラフルオルエチレン及び１５乃至２５重量％
のヘキサフルオルプロピレンから誘導される単位を含有
する重合体からなりそしてクラツディングが、重合体の
３０重量％より少ない弗化ビニリデン、テトラフルオル
エチレン及びヘキサフルオルプロピレン又は弗素化アル
コールとメタクリル酸又はα−フルオルアクリル酸のエ
ステルから誘導される単位を含有する重合体からなるこ
とを特徴とする光導波路に関する。

更に本発明は、コアの押出及びクラツディングによるコ
アの包被により、コアが屈折率ｎ　（Ｋ）を有する重合
体からなりそしてクラツディングが屈折率ｎ　（Ｍ）を
有する重合体からなり、その際ｎ（Ｋ）／ｎ（Ｍ）が＞
１．０１であるコア／クラツディング−構造を有する光
導波路を製造する方法に於いて、コアを、夫々重合体に
対し ３０乃至５０重量％の弗化ビニリデン、２５乃至５５重
量％のテトラフルオルエチレン及び１５乃至２５重量％
のヘキサフルオルプロピレンから誘導される単位を含有
する重合体から押出し、重合体の３０重量％より少ない
弗化ビニリデン、テトラフルオルエチレン及びヘキサフ
ルオルプロピレン又は弗素化アルコールとメタクリル酸
又はα−フルオルアクリル酸のエステルから誘導される
単位を含有する重合体からなるクラツディングで包被す
ることを特徴とする製法に関する。

本発明による光導波路のコアは、弗化ビニリデン（ｖｄ
ｐ）　、テトラフルオルエチレン（ＴＦＥ）及びヘキサ
フルオルプロピレン（ＲＦＰ）から誘導される単位を含
有する重合体からなる。重合体に於けるこれら単位の含
有率は、重合体の全量に対し夫々 ＶｄＦ　３０乃至５０、好ましくは３５乃至４５重量％
、ＴＦＥ　２５乃至５５、好ましくは３５乃至４５重量
％及びＨＦＰ　１５乃至２５、好ましくは１７乃至２２
重世％である。

これら材料は、６５０　ｎｍ及び７８０ｎｍの範囲に於
いて殊に透明であることを特徴としている。この観察と
一致してＤＳＣ−法により、ＶｄＦ及びＴＦＥの共重合
体が光を著しく散乱させる結果にしばしば導く残留結晶
度を検出することができないが、ＰＶｄＦ−又はＰＴＰ
Ｅ−結晶体の溶融を示す特有な測定シグナルにより認め
られる。

低いＶｄＦ−含有率を有する重合体は１．３５より小さ
な屈折率を有する。要するにＶｄＦ　３０重量部より少
ない共重合体からなるコア用クラツディング材料は１．
３３５又はそれ以下の屈折率を有しなければならぬ。こ
の様な低い屈折率を有する十分に透明な重合体材料は公
知でない。

−層高いＶｄＦ−含有率を有する重合体は一層高い結晶
度に基づいて透明度が一層低い。

本発明による光導波路のクラツディングは、弗化ビニリ
デン、テトラフルオルエチレン、ヘキサフルオルプロピ
レン又は弗素化アルコールとメタクリル酸又はα−フル
オルアクリル酸のエステルから誘導される単位を含有す
る重合体である。シｄＦ−単位の含有率が３０重量％よ
り低い。弗化ビニリデン、テトラフルオルエチレン及び
ヘキサフルオルプロピレンの共重合体、α−フルオルア
クリル酸−ヘキサフルオルイソプロピルエステル（ＦＡ
−ＨＦＰ）　、α−フルオルアクリル酸−ペルフルオル
イソプロピルエステル（ＰＡ−ＰＩＦ）又はα−フルオ
ルアクリル酸−ペルフルオルー２．３−ジメチル−２−
ブチルエステル（ＦＡ−ＰＤＢ）のホモ−及び共重合体
が好ましい。

殊に重合体全量に対し夫々ＶｄＦ　１０乃至３０好まし
くは２０乃至３０重量％、ＩＩＦＰ　１０乃至２５好ま
しくは１０乃至２０重量％、ＴＦＢ　４５乃至７０好ま
しくはは５０乃至６５重量％の組成を有する弗化ビニリ
デン、テトラフルオルエチレン及びヘキサフルオルプロ
ピレンの共重合体並びにα−フルオルアクリル酸−ヘキ
サフルオルイソプロピルエステル（ＦＡ−ＲＦＰ）のホ
モ−及び共重合体が好ましい。

これら材料は、屈折率μｌがコア材料の屈折率より少な
くとも１％少ないこと及びこれら材料が高透明であるこ
とを特徴としている。

光導波路のコア及びタラッディングの重合体は、特にこ
れら重合体が弗化ビニリデン、テトラフルオルエチレン
及びヘキサフルオルプロピレンの共重合体である場合、
網状化するのが好ましい。網状化は、電離線により又は
水分感受性反応薬剤による重合体の変性により行うこと
ができる。

本発明による光導波路は下記の方法の一方法により製造
される。

１、光導波路は、二成分ダイによるコアー及びタラッデ
ィング材料の同時的押出（同時押出）により製造される
。所望の場合には、この方法に引き続いて光導波路を電
離線の作用に付することができる。

２、先ずコアファイバーを押出により製造する。

その後タラッディング材料をタラッディング材料と発揮
性溶剤との混合物の形で溶剤の蒸発下又は電線の被覆用
に備えられた押出機によるタラッディング材料の押出に
より塗布する。溶剤被覆の場合溶剤は、タラッディング
重合体の均質溶液の製造又はタラッディング重合体の分
散液又は乳化液の製造に適していることができる。

この方法に於いて電離線によるコア材料の選択的網状化
をコア材料の押出後及びタラッディング材料の被覆前実
施することができる。

３、弗化ビニリデン含有共重合体の代わりにトリメトキ
シビニルシランをグラフトさせて変性した及びシリル交
換触媒（口ｍｓｉ　ｌｙｌｉｅｒｕｎｇｓ−ｋａｔａｌ
ｙｓａｔｏｒ）と混合した弗化ビニリデン−共重合体を
光導波路のクラツディング中で使用することができる。

この場合コア及びタラッディングを同時に二成分ダイに
於いて押出して光導波路とするか又は光導波路コアに後
からタラッディングを与えることができる。シラン変性
弗化ビニリデン−共重合体の網状化はこの方法に於いて
水蒸気含有ふん囲気中で自然に生ずる。

コア中にＶｄＦ　、、ＴＦＥ及びＨＦＰからなる共重合
体を含有する光導波路は、光透過性を失うことなしに７
０°Ｃまでの温度に於いて何時間も使用することができ
る。この様な光導波路の、この様に長期使用温度に関し
て定義された耐熱性は、光導波路のコアー又はタラッデ
ィング材料又は両材料を綱状化する場合、著しく改善す
ることができる。

共重合体及び光導波路の製造の際固体で微粒の及び可溶
性不純物を全て慎重に除去し、排除する限り、本発明に
よる光導波路は高い光透過性を有する。この様なファイ
バーの光透過性は、一般に一般式 ％式％） による光透過性に対し逆の減衰の程度りによりｄＢ／ｋ
ｎ＋の単位で表現される。前記式に於いて■は光導波路
の末端に於ける光の強度を意味し、１ｏは光導波路の初
端に於ける強度を意味し、ｌは光導波路の長さ（ｋｍ）
を意味する。

本発明による光導波路は、低い減衰率、高い長期使用温
度及び良好な曲げ強さで優れている。

その上これら光導波路は波長約６５０ｎｍ及び７８０ｎ
ｍに於ける大なる伝送長用に使用することができる。

本発明を次の例により詳細に説明する。この場合光導波
路の減衰率は次の方法で測定された。

長さ１０乃至３０ｍの光ファイバーの一末端に適当な光
源を用いて光を導き、−大別の末端に於いて出光の強度
を測定した。引き続いて光ファイバーを夫々約１メート
ルの正確に測定した長さの程度まで短くし、出光強度を
再び測定した。

光導波路の夫々の長さに対する測定した光強度の対数プ
ロットによって減衰率を勾配から測定することができる
。

減衰率の温度依存性の測定時間中光源又は検光器と光導
波路との間の接続を変えなかったが、ただ光導波路の正
確に測定した部分を耐候試験に於いて空気浴中で測定温
度に調節した。光導波路の出口に於ける光強度の減衰及
び温度を調節したファイバー片の長さから光導波路の温
度を調節した部分に於ける減衰率の変化を算出すること
ができる。

柔軟性を測定するために光源又は検光器と光導波路との
間の接続を出光強度の第−測定復炭えなかった。測定し
た部分の中間に於ける光ファイバーの部分を円筒状棒の
周囲に３回巻き、再び棒から解き、その後出光強度を測
定した。

光の強度が低減しないか又は著しく低減しなかったら、
−層小さな直径の棒に関して手順を繰り返した。光導波
路の品質の劣化なしに許容することができる、最少の曲
げ半径は光導波路の柔軟性に関する尺度である。

例１ まず公知の方法で共重合体をＴＦＥ　、　ＨＦＰ及びＶ
ｄＦから懸濁法で製造した。水性処理液は乳化剤として
のベルフルオルオクタン酸及び緩衝剤としての硫酸水素
カリウムを含有した。開始剤として過硫酸アンモニウム
を使用した。　ＴＦＢ　４０重量％、ＨＦＰ　２０重重
量及びＶｄＦ　４０重重量を７０°Ｃの温度及び９バー
ルの圧力に於いて重合した。

調整剤としてジエチルマロンエステルヲ使用した。

生成物はメチルエチルケトン及び別の溶剤中に可溶性で
あった。メチルエチルケト７９１％溶液は２５°Ｃに於
いて８１ｃ１１１／ｇの換算比粘度を有した。ゲル透過
クロマトグラフィーにより１７７０００の分子量の重量
平均値を測定した（溶剤としてのテトラヒドロフラン中
で、ポリスチロール−標準標本の検量線を用いて測定し
た）。

重合体の組成は１９−Ｆ−ＮＭＲ−分光分析法によりＴ
ＦＥ　４０重量部、ＲＦＰ　２０部及びＶｄＰ　４０部
と測定された。共重合体の屈折率はｎ２５−１．３６６
であり った。

ＤＳＣに於いて非常に僅かな結晶性成分しか認められな
かった。

例２ α−フルオルアクリル酸へキサフルオルイソプロピルエ
ステル１００重量部を蒸留及び細孔を有するる膜を通し
たろ過により慎重に精製し、第三ブチルペルオキシイソ
プロピルカーボネート０．１重量部及びブチレンジメル
カプタン０．５部を加え、９０°Ｃに温度調節した攪拌
式容器中に連続的に供給した。生成したシロップ状混合
物を連続的に二輪スクリュー押出機に移し、二輪スクリ
ュー押出機中で重合体が１１０乃至１５０℃に於いて連
続した重合により完結した。揮発性成分を脱ガス域に於
いて真空中で除去した。生成したポリ（α−フルオルア
クリル酸へキサフルオルイソプロピルエステル）（ポリ
（ＦＡ−ＨＦＩＰ）はこの及び次の例中で重合体の光導
波路のタラッディングの製造に利用した。

ＶｄＦ　、ＴＦＢ及びＨＦＰからなる共重合体を例１に
より製造し、二軸スクリューガス抜き押出機中で溶融し
、ポリ（フルオルアクリル酸へキサフルオルイソプロピ
ルエステル）（ポＩＪ　（ＦＡ−１１ＦＩＰ）を−軸ス
クリユー押出機中で溶融した。

二成分紡糸口金に於いてＶｄＦ−共重合体を光導波路の
コアに、ポリ（Ｆ＾−ＨＦＩＰ）をタラッディングに加
工した。紡糸装置の作業パラメーターは、タラッディン
グの層厚さが１０μｌである直径１圓のファイバーが得
られる様に、調整した。

光導波路は室温で６５０ｎｍに於いて８００　ｄＢ／ｋ
ｍ、７８０　ｎｎ＋に於いて６２０　ｄＢ／ｋｍ２８０
　ｄＢ／ｋｏ＋の減衰を示した。

長期使用温度を試験するために、室温と１４０°Ｃまで
の温度との間の種々な温度に於ける減衰を夫々長時間に
わたって測定した。減衰は７０°Ｃに於いて測定時間中
６５０ｎｅａに於いて８７０　ｄＢ／ｋｍの値に僅かに
上昇した。−層高い温度に於いて重合体導線がも早や光
導波路として使用できない様に、減衰が著しく増大した
。

柔軟性の試験に於いて１５ｍｍが最少の許容曲げ半径で
あると判明した。

比較例　Ａ乃びＢ 例１中に記載したのと同様な方法で、組成が表１中に記
載されている共重合体を製造した。

例２に於ける記載によりコア材料としてのこれら共重合
体から及びクラツディング材料としてのポリ（ＦＡ−Ｈ
ＰＩＰ）から、性質が同様に表１中に記載されている光
導波路を製造した。

これらの共重合体から、十分に低い減衰率を有する光導
波路を製造することができなかった。

表１ 組　　成　　減衰率　　　所　見 ＶｄＦ　ＨＰＰ　ＴＦＥ　（ｄＢ／ｋｍ）比較例 ＯＳＣ： Ａ　　　　６０　２０　２０　１２００　　７０°Ｃに
於いて：３０００　ｄＢ／ｋｍ 共重合体は柔軟 及び粘稠である。

Ｂ　　　　４０　　−　６０　２５０　　　ＤＳＣ：結
晶性成分例３ 例１中に記載したのと同様な方法で製造した、ＶｄＦ　
４５重量部、ＴＦＥ　２０部及びＲＦＰ３５部からなる
共重合体を二軸スクリューガス抜き押出機中に供給し、
コアに、α−フルオルアクリル酸ベルフルオル−２，２
−ジメチルジブチル−２−エステル４０重量部及びＦａ
−ＨＦＩＰ６０重量部からなる共重合体を直径ＩＭの光
導波路の厚さ１０部ｍのクラツディングに押出した。

光導波路は６５０ｎｍに於いて８００　ｄＢ／ｋｍの減
衰を有し、減衰は７０″Ｃに於いて８５０ｃｌＢ／ｋｍ
に上昇した。７８０ｎｍに於いて２５“Ｃで６４０ｄＢ
／ｋｍ　、　７０”Ｃで６９０ｄＢ／ｋｍと測定された
。

例４ ＶｄＦ　４０重量部、１（ＦＰ　２０部及びＴＦＥ４０
部からなる共重合体を光導波路の厚さ１Ｎのコアに加工
し、Ｃｏ−６０−放射線２００　ＫＧｙの作用により網
状化させた。

引き続いてこの光導波路−コアを無水メタノール中、Ｆ
Ａ−ＰＯ２２０重量部及びＦＡ−ＨＦＩＰ　８０重量部
からなる共重合体１０重量部の溶液を充填した容器の底
部に於ける直径１．２鴫の円形毛管開口部に導通した。

毛管開口部からの導出直後被覆ファイバーを、輻射加熱
器により７０°Ｃの温度に保った空気浴に導通した。こ
れによりメタノールが蒸発し、光導波路上にしっかりと
付着した、両フルオルアクリル酸エステルからなる共重
合体層が得られ、核層の厚さが２０μＩであった。

この様に得られた、コア／クラツディング−構造を有す
る、光導波路は６５０　ｎｍに於いて１０５０ｄＢ／ｋ
ｍ　、　７８０ｎｍに於いて９２０ｄＢ／ｋｍの減衰を
有した。減衰は７０°Ｃの温度まで一定のままであり、
高温で１２０°Ｃ及び６５０　ｎｍに於いて１２００ｄ
Ｂ／ｋｍに上昇した。光導波路を再び冷却すれば、減衰
値は再び初源値に戻った。減衰は、光導波路を直径１５
ａａを有する棒の周囲に巻き付けた後で、増大しなかっ
た。

比較例　Ｃ 例４中に記載の如き、材料から及び方法で二成分紡糸法
により直接コア／クラツディング−構造を有する光導波
路を製造し、引き続いてＣｏ−６０−放射線２００　Ｋ
Ｇ）ｌで処理した。

この様に製造した光導波路は６５０　ｎｍ及び２５°Ｃ
に於いて１１０　ｄＢ／ｋｍの減衰を有した。減衰は、
光導波路を直径５０閣を有する円形捧の周囲に巻き付け
た後で、２０００　ｄＢ／ｋｍ以上の値に上昇した。

この個所で光導波路中に導いた光が減衰し、伝送した光
強度の大部分が消失した。光学顕微鏡の下でこの個所に
於いてクラツディング材料に於けるき裂及びクラツディ
ングがコアから離れた個所が認められた。

例５ ＶｄＦ　３５重量部、ＲＦＰ　２０部及びＴＦＥ　４５
部からなる共重合体を光導波路のコアに、同時にＶｄＦ
２５重量部、ＨＰＰ　２０重量部及びＴＦＥ　５５重量
部からなる共重合体を光導波路のクラツディングに加工
した。このためには両重合体夫々−軸スクリユー押出機
中で溶融し、二成分ダイに於いて光導波路に結束した。

例３の場合に類似してこの共重合体及び例１によるＶｄ
Ｐ　、　ＴＦＥ及びＨＦＰからなる共重合体を連続的に
光導波路を製造し、その光導波路をＣｏ−６０−放射線
２００　Ｋａｙで処理した。減衰は、室温に於いて１１
００　ｄＢ／ｋｍ及び１２０°Ｃ及び６５０ｎｍに於い
て１２７０　ｄＢ／ｋｍであった。２５°Ｃ及び７８０
ｎｍに於いて減衰は、８３０　ｄＢ／ｋｍであった。

光導波路を半径１５ｍｍを有する丸棒の周囲に巻き付け
た場合、減衰は僅かしか増大しなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コアが屈折率ｎ（Ｋ）を有する重合体からなりそし
   てクラッディングが屈折率ｎ（Ｍ）を有する重合体から
   なり、その際ｎ（Ｋ）／ｎ（Ｍ）が＞１．０１であるコ
   ア／クラッディング−構造を有する光導波路に於いて、
   コアが、夫々重合体に対し ３０乃至５０重量％の弗化ビニリデン、 ２５乃至５５重量％のテトラフルオルエチレン及び １５乃至２５重量％のヘキサフルオルプロピレンから誘
   導される単位を含有する重合体からなりそしてクラッデ
   ィングが、重合体の３０重量％より少ない弗化ビニリデ
   ン、テトラフルオルエチレン及びヘキサフルオルプロピ
   レン又は弗素化アルコールとメタクリル酸又はα−フル
   オルアクリル酸のエステルから誘導される単位を含有す
   る重合体からなることを特徴とする光導波路。 ２、コアが、夫々重合体に対し ３５乃至４５重量％の弗化ビニリデン、 ３５乃至４５重量％のテトラフルオルエチレン及び １７乃至２２重量％のヘキサフルオルプロピレンから誘
   導される単位を含有する重合体からなる請求項１記載の
   光導波路。 ３、クラッディングが、夫々重合体に対し １０乃至２０重量％の弗化ビニリデン、 ４５乃至７０重量％のテトラフルオルエチレン及び １０乃至２５重量％のヘキサフルオルプロピレンから誘
   導される単位を含有する重合体からなる請求項１記載の
   光導波路。 ４、クラッディングが、弗素化アルコールとメタクリル
   酸又はα−フルオルアクリル酸のエステルから誘導され
   る単位を含有する重合体である請求項１記載の光導波路
   。 ５、クラッディングが、ポリ（α−フルオルアクリル酸
   −ヘキサフルオルイソプロピルエステル）である請求項
   １記載の光導波路。 ６、光導波路のコア又はクラッディングに於ける弗化ビ
   ニリデン−テトラフルオルエチレン−ヘキサフルオルプ
   ロピレン−共重合体が電離線により網状化されている請
   求項１記載の光導波路。 ７、コアの押出及びクラッディングによるコアの包被に
   より、コアが屈折率ｎ（Ｋ）を有する重合体からなりそ
   してクラッディングが屈折率ｎ（Ｍ）を有する重合体か
   らなり、その際ｎ（Ｋ）／ｎ（Ｍ）が＞１．０１である
   コア／クラッディング−構造を有する光導波路を製造す
   る方法に於いて、コアを、夫々重合体に対し ３０乃至５０重量％の弗化ビニリデン、 ２５乃至５５重量％のテトラフルオルエチレン及び １５乃至２５重量％のヘキサフルオルプロピレンから誘
   導される単位を含有する重合体から押出し、重合体の３
   ０重量％より少ない弗化ビニリデン、テトラフルオルエ
   チレン及びヘキサフルオルプロピレン又は弗素化アルコ
   ールとメタクリル酸又はα−フルオルアクリル酸のエス
   テルから誘導される単位を含有する重合体からなるクラ
   ッディングで包被することを特徴とする製法。 ８、コア及びクラッディングを同時押出により同時に製
   造する請求項７記載の方法。 ９、先ずコアを押出により製造し、コアに於ける重合体
   を電離線により網状化し、その後クラッディング材料を
   コア上に施す請求項７記載の方法。 １０、データ処理装置に於いて光信号を伝送するために
   請求項１記載の光導波路を使用する方法。