JPH11142657A

JPH11142657A - ポリマー光伝送体

Info

Publication number: JPH11142657A
Application number: JP9305788A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Koike; 康博小池
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【解決課題】ＧＩ型光伝送体の性能の改善を図る。具
体的には、ドーパントタイプのＧＩ型光伝送体における
耐熱性の改善を目的とする。【解決手段】マトリックス用のポリマーに、当該ポリ
マーに対し反応性を有しない低分子物質を添加し、この
低分子物質に濃度勾配を形成させることにより連続的な
屈折率分布を形成してなるポリマー光伝送体において、
前記低分子物質として、ベンゼン環とスルホキシド基を
有する物質、例えばジフェニルスルホキシドを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信に用いる光フ
ァイバやロッドレンズその他の光伝送体に関し、特に連
続的な屈折率分布を有するタイプの光伝送体における性
能の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続的な屈折率分布を有する光伝送体の
一例として、ＧＩ型と呼ばれるポリマー光ファイバが知
られている。そしてこのＧＩ型ポリマー光ファイバに
は、その屈折率分布の形成方法に関して二つのタイプが
ある。一つは、例えばＷＯ９３／０８４８８号に開示さ
れるようなドーパントタイプで、マトリックス用のポリ
マーに、当該ポリマーに対し反応性を有しない低分子物
質（一般に分子量が２０００以下）を添加し、この低分
子物質つまりドーパントに拡散により濃度勾配を形成さ
せることで屈折率分布を得る。他は、例えば特開平５−
１７３０２５号や特開平５−１７３０２６号に開示され
る共重合タイプで、二種類のモノマーを共重合させる際
に両モノマーの反応性比の相違を利用して一方のモノマ
ーに濃度勾配を形成させることで屈折率分布を得る。

【０００３】これらのＧＩ型ファイバは、その屈折率分
布構造によりモード分散を抑えることができるため、既
に2.5 Ｇｂｐｓ程度までの伝送速度を可能としており、
伝送速度に関しては十分な実用性をもっている。すなわ
ちこれらのＧＩ型ファイバの主要な用途として、石英系
の単一モードファイバを用いた幹線路から各オフィスや
家庭へ引き込むための経路、あるいはビル内で構築する
ＬＡＮ用の経路などがあるが、これらの用途で要求され
る伝送速度は、１５０Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度あり、
これを十分に満足させることができる。

【０００４】しかし、共重合タイプの場合には、共重合
体組成の違いによるミクロな不均一構造の発生を避けが
たく、これに起因する透明性の問題が生じやすい。その
ため現状で可能な伝送距離が５０ｍ程度に留まり、上記
のような用途で要求される伝送距離を十分に満足させる
ことができない。一方、ドーパントタイプの場合は、コ
ア及びクラッドドーパントの大きさが数オングストロー
ムオーダーであり、波長に対して極めて小さいため透明
性は高いものの、ドーパントによる可塑効果に起因して
耐熱性の低下を招き、例えば上記のような用途で要求さ
れる耐熱性つまり７５℃の温度雰囲気での使用に耐える
こと、という耐熱性を満足させることに困難がある。

【０００５】以上のことから、共重合タイプのＧＩ型フ
ァイバには透明性の改善が、またドーパントタイプのＧ
Ｉ型ファイバには耐熱性の改善がそれぞれ課題となって
いることを理解できる。尚、この課題は、ロッドレンズ
その他の光伝送体においても共通のものとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような事情を背景
になされたのが本発明で、ＧＩ型光伝送体の性能の改善
を目的としており、特にドーパントタイプのＧＩ型光伝
送体における耐熱性の改善を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以下、光伝送体を代表し
て光ファイバーの場合について説明を行う。ドーパント
方式によるＧＩ型ファイバにおける耐熱性は上記のよう
にドーパントによる可塑効果に由来する問題である。し
たがってドーパントによる可塑効果をできるだけ小さく
することで、耐熱性の問題を実用的に解消することが可
能である。ただ、それには必要な屈折率分布を確保でき
るようにすることを考慮しなければならない。特に曲げ
損失に大きく影響するパラメータであり、屈折率の最も
大きい部分と最も小さい部分の差であるΔｎを十分なレ
ベルで確保できるようにすることを考慮しなければなら
ない。

【０００８】このような観点からドーパント拡散方式に
よるＧＩ型ファイバの性能を改善するための具体的な方
策としては、可塑効果の小さいドーパントを用いる、
屈折率の大きいドーパントを用いることでドーパント
使用量を少なくする、可塑効果が小さく、屈折率が大
きいドーパントを用いる、ということが考えられる。こ
のような方策のについては、例えばリン酸トリフェニ
ル（Triphenyl phosphate)やリン酸トリクレシル（Tric
resyl phosphate)などのドーパントが見出されている。
しかし、これらのドーパントは、Δｎを十分なレベルま
で確保するのが難しい。またの方策については、硫化
ジフェニル（Diphenyl sulfide) やジフェニル（Diphen
yl) などのドーパントが見出されている。しかし、これ
らのドーパントの場合にもΔｎを十分なレベルまで確保
するのが難しい。

【０００９】そこで本発明では、未だ見出されていない
上記の要件を可能とするドーパントを見出し、これを
用いることで耐熱性の改善を図り、しかも大きなΔｎを
確保することを可能としている。具体的には、可塑効果
が小さく、しかも屈折率が大きい低分子物質としてベン
ゼン環とスルホキシド基を有する物質を見出した。

【００１０】そしてこれをドーパントに用いることによ
り、例えばプラスチック系光ファイバ用として最も適し
ているＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）や重水素
化ＰＭＭＡをマトリックスのポリマーに用いる場合であ
れば、上記した７５℃の温度雰囲気下での使用に耐える
という条件を満足させる範囲の添加量でも、実質的に曲
げ損失を生じることのないΔｎ、すなわち0.020 〜0.02
5 を確保することが可能となる。

【００１１】ベンゼン環とスルホキシド基を有する物質
の代表的な一つとしてジフェニルスルホキシド（Diphen
yl sulfoxide) がある。その分子構造は図３に示す通り
である。このような構造の分子は、そのスルホキシド基
（Ｓ＝Ｏ基）が強い極性を持ち、このためにマトリック
ス用のポリマー、例えばＰＭＭＡの分子と強い二次結合
を生じ、可塑効果を小さくする。またこのような構造の
分子は、そのベンゼン環が屈折率を高めるのに機能し、
高い屈折率を持つ。そのため適当な添加量の範囲で十分
なΔｎを確保することを可能とする。

【００１２】

【実施の形態】本発明によるポリマー光ファイバを得る
には一般的に二通りの方法が可能である。一つはプリフ
ォームからファイバを熱延伸する方法であり、他はプリ
フォームを介在させずに連続的にファイバを成形する方
法である。以下ではプリフォーム法を例にとって説明す
る。

【００１３】プリフォーム法の場合には、先ずクラッド
用の重合管を作成し、次いでこの重合管内でコア用のモ
ノマーを重合させることでプリフォームを製造する。そ
れからこのプリフォームを熱延伸してファイバを得る。
以下これらの工程について説明する。

【００１４】重合管の作成（図１）：予定するプリフォ
ームの外径に対応する内径を持つ十分に剛性の高い中空
容器Ｔを用いる。この中空容器Ｔにクラッド用のモノマ
ー溶液を所定量注入し、先ずプレ重合を行なう。それに
は震盪させながら７０℃で２時間加熱する。次いで中空
容器を回転装置Ｓにセットし、２０００〜３０００ｒｐ
ｍの速度で回転させながら、７０℃で２４時間加熱する
ことで重合を行なう。クラッド用のモノマー溶液は、モ
ノマー、重合開始剤、及び連鎖移動剤を混合して調整す
る。モノマーとしてはＭＭＡ（メチルメタクリレート）
を用いる。開始剤としてはＢＰＯ（ベンゾイルパーオキ
サイド）をＭＭＡに対し0.5 ｗｔ％用い、連鎖移動剤と
してはｎ−ＢＭ（ノルマルメチルメルカプタン）をＭＭ
Ａに対し0.3 ｗｔ％用いる。

【００１５】プリフォームの製造（図２）：上記で得ら
れた重合管Ｄにコア用のモノマー溶液Ｌを充填し、密封
した後、オイルバスなどにより９０℃で加熱しながら２
４時間重合させる。モノマー溶液は、モノマー、低分子
化合物（ドーパント）、重合開始剤、及び連鎖移動剤を
混合して調整する。モノマーとしてはＭＭＡ（屈折率1.
492)を用い、低分子化合物としてはベンゼン環とスルホ
キシド基を有する物質、具体的には図３の構造式で表さ
れるジフェニルスルホキシド（ＤＰＳＯ）を用いる。Ｄ
ＰＳＯの添加量はＭＭＡに対し12.5ｗｔ％とする。開始
剤としてはＤＢＰＯ（ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド）
をモノマーに対し0.23ｗｔ％用い、連鎖移動剤としては
ｎ−ＢＭをモノマーに対し0.27ｗｔ％用いる。

【００１６】ファイバの製造：上記のようにして得られ
たプリフォームを一般的に用いられている熱延伸装置に
より熱延伸させてファイバを製造する。このようにして
得られた光ファイバにおける屈折率分布は図４のようで
あった。この場合は、Δｎ＝0.02である。尚、上記プリ
フォームはレンズ特性を有すため、ロッドレンズとして
の機能をも備える。従って、これを画像伝送用の光伝送
体として使用することも可能である。

【００１７】

【比較実験例】上記した実施の形態と同様な方法によ
り、４種類のドーパントについて、それぞれ同じΔｎの
屈折率分布を得られる条件で光ファイバを作成し、それ
ぞれに関してデータを得た。用いたドーパントは、ＤＰ
ＳＯ（ジフェニルスルホキシド）の他に、上記したリン
酸トリフェニル（ＴＰＰ；Triphenyl phosphate)、硫化
ジフェニル（ＤＰＳ；Diphenyl sulfide) 及びジフェニ
ル（ＤＰ；Diphenyl) である。

【００１８】図５はドーパント濃度とガラス転移温度の
関係を示す。これから分かるように、ＤＰＳＯはＴＰＰ
と同じ程度に可塑効果が小さく、ＤＰＳやＤＰに比べ有
意に優れた耐熱性を与える。図６はドーパント濃度と屈
折率の関係を示す。これから分かるように、屈折率上昇
効果に関してＤＰＳＯはＤＰＳやＤＰと同じ程度であ
り、ＴＰＰに比べ屈折率上昇効果に関して有意な差があ
る。

【００１９】以上のような各ドーパントの特性に基づい
て、７５℃の温度雰囲気下での使用に耐えるという条件
を満足させる範囲の最大量でドーパントを添加するとし
て、ＤＰＳＯの場合にはΔｎ＝0.025 まで可能である。
一方、ＴＰＰやＤＰＳの場合は最大でもΔｎ＝0.015 程
度に留まる。

【００２０】ここで、Δｎにより定まる曲げ半径ＮＡと
曲げ損失について説明する。図７は曲げ角度９０°にお
ける曲げ半径と曲げ損失の関係を示すデータ例である。
これから分かるように、ＮＡ＝0.29( Δｎ＝0.025 程
度) であれば、曲げ角度９０°の条件において何れの曲
率半径でも実質的に曲げ損失を生じないと言える。一
方、ＮＡ＝0.21( Δｎ＝0.015 程度) の場合には曲率半
径が２０ｍｍ以下になると曲げ損失が急激に増大する。
このことから、上記のようにＤＰＳＯの場合はΔｎ＝0.
025 程度まで可能であることと、ＴＰＰやＤＰＳの場合
は最大でもΔｎ＝0.015 程度に留まることとには有意な
相違のあること、つまり本発明におけるベンゼン環とス
ルホキシド基を有する物質、例えばジフェニルスルホキ
シドにはドーパントとして優れた特性のあることが理解
できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明してきた如く、本発明による
と、透明性に優れるドーパントタイプのＧＩファイバに
おける耐熱性を有意に高めることができ、ポリマー光フ
ァイバの利用範囲の拡大に大きく寄与できる。また、上
記ドーパントは、ロッドレンズを初めとする他の光伝送
体にも応用可能であり、それらの性能をも大いに向上さ
せるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリフォーム用の重合管の製造過程の説明図。

【図２】プリフォーム製造過程の説明図。

【図３】ジフェニルスルホキシドの分子構造図。

【図４】一実施形態による光ファイバの屈折率分布図。

【図５】各種ドーパントにおけるドーパント濃度とガラ
ス転移温度の関係を示すグラフ図。

【図６】各種ドーパントにおけるドーパント濃度と屈折
率の関係を示すグラフ図。

【図７】ＧＩ型ファイバにおける開口数と曲げ損失の関
係を示すグラフ図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス用のポリマーに、当該ポリ
マーに対し反応性を有しない低分子物質を添加し、この
低分子物質に濃度勾配を形成させることにより連続的な
屈折率分布を形成してなるポリマー光伝送体において、
前記低分子物質として、ベンゼン環とスルホキシド基を
有する物質を用いたことを特徴とするポリマー光伝送
体。
【請求項２】ベンゼン環とスルホキシド基を有する物
質がジフェニルスルホキシドである請求項１に記載のポ
リマー光伝送体。