JPS60188906A - 合成樹脂光伝送体の製造方法 - Google Patents

合成樹脂光伝送体の製造方法

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JPS60188906A
JPS60188906A JP59043849A JP4384984A JPS60188906A JP S60188906 A JPS60188906 A JP S60188906A JP 59043849 A JP59043849 A JP 59043849A JP 4384984 A JP4384984 A JP 4384984A JP S60188906 A JPS60188906 A JP S60188906A
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州志 江口
Yoshiaki Okabe
義昭 岡部
Noriaki Takeya
竹谷 則明
Toru Koyama
徹 小山
Hideki Asano
秀樹 浅野
Motoyo Wajima
和嶋 元世
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、屈折率分布を形成した集束性の光ファイバ、
光導波路あるいは屈折率分布型レンズ尋に利用し5る合
成樹脂光伝送体及びその製造方法に関する0 〔発明の背景−〕 従来、ガラス又は合成樹脂から成る光伝送体が種々開発
されており、例えば医療機器、ディスプレイ装置、光表
示装置の分野のみならず、最近では光通信機器などの情
報伝達機器の分野にまで用途が広がっている。これらの
伝送体にプインデックス形のものと周辺部から中心軸に
向って連続的に屈折率が増大する屈折率分布を有するグ
レーティラドインデックス形のものがあり、最近、合成
樹脂において後者の構造を有する伝送体か1兄されるよ
うになってきた。しかし、その製造は極めて難しく、現
在まだ実用に供するものは製造されていない〇 ン交換による方法、屈折率の異なる2種類以上折率金属
イオンを脱着するなどの外部への拡散による方法、合成
樹脂の牛ゲル化し、た材料に屈折率の異なる単量体を内
部拡散させて重合させ屈折率を変化させる方法によるも
の等が知られている。しかし、これらの製造方法による
光伝送用合成樹脂は溶剤や単量体溶液に浸したりあある
0さらに、金属イオン交換法号で用いられている金属イ
オンを含有するスナレンとメタクリル酸の共重合体やα
−オレフィンやα、β−エチレン型不飽和カルボン酸と
の共重合体などから成るアイオノマーは一般に光学部品
として使うには透明性の点で問題があり、光伝送用の合
成樹脂としては追白でない。また、半ゲル状の合成樹脂
に内部拡散した単量体を新たに重合させることは製造工
程が多くなると共にラジカル重合反応の制御が困難にな
るため、屈折率分布の制御が非常に難しいという欠点が
あった。この欠点は2種類の単量体を混合して予備重合
させ、表面より未重合単量体を揮散させた後、樗重合さ
せる方法においても同様に問題となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決し、合成樹脂
中に導入した有機カルホン酸の濃度を連続的に変化させ
ることによつ″CJA折率分布を形成した集束性の光フ
ァイバ、光尋波路、あるいは屈折率分布型レンズ等の合
成樹j指光伝送体及びその製造方法を提供することであ
る。
〔元側の概要〕
本発明を概説すれば、第1の本発明は合成樹脂光伝送体
に関する発明であって、有機カルボン酸の金属塩を含有
する透明な合成樹脂の中心軸から周辺に向って有機カル
ボン酸の連続的なa度変化をもたせることによって屈折
率分布を形成してなる合成樹脂光伝送体である。
第2の発明は、該合成樹脂光伝送体の製造方法の発明で
あって、有機カルボン酸の金属塩を含有する透明な合成
樹脂を溶媒で処理して有機カルボン酸を外部へ拡散させ
ることによって所望のパターンの屈折率分布な形成する
ことな特本発明者等は、前記従来技術の欠点を改善すべ
く鋭意研究を重ねた結果、特定の有機カルボン酸はその
濃度を変化させることにより透明樹脂の屈折率を調整し
うろことを知り、この屈折率調整用の有機カルボン酸を
金属塩の形で同分子鎖中に尋人した透明な合成樹脂を合
成し、そして合成樹脂そのものは変質きゼす、有機カル
ボン酸のみを俗解するような溶媒で処理すると合成樹脂
の中心部から表面に向って連続的に有機カルボン酸の濃
度変化をもたせることによって所定の屈折率分布を形成
しうろことを見出だし、本発明に到達した。
即ち、炭素数4以上の飽和または不飽オロの基を有する
有機カルボン酸が合成樹脂の屈折率調整用として機能す
ることを見出だし、該有機カルボン酸を水素結合または
イオン結合などを介して合成樹脂中の高分子側鎖に結合
せしめた合成樹脂を製造し、ついで該合成樹脂を有機カ
ル率分布を有する合成樹脂光伝送体を得るものである。
次に、有機カルボン酸を結合させた合成樹〃け並びにそ
の製法につぃ【概説すると、メタクリル酸もしくはアク
リル酸と炭素数4以上のFiH1]または不飽和の基を
有する有機カルボン酸との混合物の金槁塩を、ラジカル
重合可能な単量体と共重合させることにより透明な合成
樹脂を合成する。この合成樹脂は少なくとも一般式〔式
中R1は水素またはメチル基、Mは金属原子、nは金属
の原子価、烏は炭素数4以上の飽和または不飽和の有機
基を表わす〕で表わされる基を有しており、一般式R,
C0OH〔R,は#記と同じ意味を有する〕で表わされ
る有機カルボン酸が金属とイオン結合して、または−一
遊離の形で存在している。
そして、本発明の金属を含む合成樹脂は高分子側鎖にか
さ高い分子がイオン結合しているため、樹脂の結晶化が
おさえられ、従来のアイオノマーに比し光学的透明性が
大巾に向上することもわかった。
これらの合成樹脂は目的とする光伝送体の種類に応じて
繊維状、棒状、板状に既知の方法によって成形する。こ
のようにして成形した合成樹脂を、合成樹脂は溶解しな
いが、上Mf屈折率調整用の有機カルボン酸を溶解する
ような溶媒、例、tばアルコール類、ケトン類、エーテ
ル類に室温又は加温しながら一定時間浸漬することによ
って上記有機カルボン酸を合成樹脂表面から溶媒内へ拡
散させることができる。
この時、浸漬温匿と時間fttAUすることによって屈
折率分布の状態を自由に変えることができるが、通常、
上記カルボン酸の拡散が合成樹脂の中心軸まで到達した
時点をもって浸漬操作を停止し、常圧または減圧下に加
熱乾燥する。
なお、ゲラステック光ファイバを製造する場合には、棒
状に成形した合成樹脂に屈折率分布を形成させた後紡糸
して繊維状としても良い。
本発明における屈折率調整用の有機カルボン酸としては
炭素数4以上の飽和又は不飽和の基を有する有機カルボ
ン酸であれば何れでも使用できるが、屈折率分布を形成
する方法によって適当なものを選ぶことができる。すな
わち、本発明において合成樹脂体の表面から中心軸に向
けて屈折率を連続的に高くしようとするならば、高J田
折率のベンゼン核二重結合、又はノ・ログン(ただしフ
ッ素は除く)を含有する有機カルボンばを用いる必要が
ある。その例としては、例えばケイ皮酸、6−フェニル
プロピオン酸、4一フエニルMV、マレイン敵モノベン
ジル等カある。一方、合成樹脂体の表面から中心軸に向
けて屈折率を連続的に低くしようとするならば、低屈折
率の飽和脂肪族カルボン酸か水素の一部又はすべてをフ
ッ素で置換したフン化炭化水素基を有する有機カルボン
酸を選ぶことができる。
光伝送用合成樹脂体の屈折率分布は、金属を含有する共
重合体の組成、合成樹脂の寸法Jte状、合成樹脂内の
屈折率調整用の有機カルボン酸の種類及び#夏、溶媒の
種類、外部拡散処理の温度及び時間等によって決まる。
以上のような本発明の製造方法によって、各種の形状及
び性能を有する合成樹脂プし伝送体を得ることができる
ことがわかった。これらの具体例のいくつかを図面を用
いて睨ψ」する。
第1図は、中心軸から周辺部に同がって連続的に屈折率
が低下しているファイバ状光伝送体及びその製造工程を
示′″f概略図であり、伝送体1の端部より入射しだ元
2は内部を全反射すΦことなしに、連続的に自己集束し
なから進行するものである。これは、光線の位相速度及
び反射損失が防止されているため、光パルス多重通信及
び画像伝送が可能な光伝送体として使用できる。
第2図は、平面内に作成された光専波路及びその製造工
程を示す概略図で、合Irx、樹脂の断面図で示した@
高屈折率の有機カルボン酸を含有する合成樹脂3(a図
)の表面に金属又は有機の薄膜などからなるマスク4を
作成した(b図)後、溶媒5に浸漬して、上記高屈折率
の有機カルボン酸な溶媒中に拡散させ、光導波路部分6
を形成する。その後、金属又は有機薄膜などのマスクは
敵又は有機溶剤などで溶解除去する。
これは光IC等の導波路として応用が期待できるもので
ある。
第3図は、平面内に作成された光導波路及びその製造工
程を示す概略図である。低屈折率の有機カルボンVを含
有する合成樹脂7に第2図と同様にマスク4を作成した
(a図)後、溶媒に浸漬して、上記低屈折率の有機カル
ボン酸を溶媒中に拡散させ、光導波路部分6を形成する
(b図)。その後、マスクを溶解除去し、表面を低屈折
率材料8で被覆する(0図)0第4図は、平面内に作成
された先導波路及びその製造工程を示す概略図である。
高屈折率の有機カルボンばを含有する合成樹脂3を用い
て、第6図と同様な方法で光導波路部分を形成する。
第5図は中心軸から周辺部に向かって連続的に屈折率が
低下している屈折率分布型レンズ9の模式図である。
第5図において、左端から入射された光2は、レンズ9
の右端で収束しており、薄く切断することによりレンズ
として使用しうる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例について説明する。なお、部は重蓋
部を意味する。
実施例1 2−ヒドロキシエチルメタクリレート25部を含むベン
ゼン中にアクリル酸24部、ケイ皮FII21部を溶解
して45℃に保持しながら、水酸化バリウム8水塩を9
0℃で2日間空気中乾燥を行った水酸化バリウムの1水
和塩(Ba(OH)。
・H,0)30部を徐々に加えて反応を行わせた。
この溶液に含まれる水とベンゼンを減圧下で除いて単量
体組成物を得た。この組成物50部、ビニルトルエン5
0部及び重合開始剤としてシミリスチルポーオキシカー
ボネート0.2部からなる混合液を内径3■、長さ20
0■のポリエチレンチューブに入れ、両端を閉じて60
℃で4時間、さらに90℃で4時間硬化した後、透明な
本合体を取出した。その後、この透明重合体をエタノー
ルに浸漬し、約70℃で7時間放置し、次にこれを50
℃で3時間乾燥した〇イ0られた棒状重合体の化学分析
を行ったところ、表面部におけるケイ皮酸又はケイ皮ば
の陰イオンの存在は極くわずかであった。一方、中心部
は初期に重合した透明重合体とほぼ同等の組成であるこ
とがわかった。中心部の屈折率はt575であり、また
、表面部の屈折率は1、556であった。これらのこと
から、ケイ皮酸又はケイ皮酸の陰イオンの濃度が中心軸
より周辺部に連続的に低下しており、屈折率分布を形成
した棒状体が作成されていることが確紹できた。
次にこの棒状重合体の両端15mを切断し、その端面を
中心軸に垂直な平面となるよう研磨し、棒の一端より光
を入射させると、光は棒状内部を全反射することなしに
、自己集束的に進行することが確かめられた。
以上のことにより、この棒状体は第1図のような構造を
有する光伝送体として使用できることが確かめられた。
実施例2 実施例1の単量体組成物55tf6、ビニルトルエン4
5部及びシミリスナルパーオキシカーボネート0.2部
からなる混合液な、シリコーンで離型処理した50X5
0mのカラス板及び2mmシリコーンゴムガスケントか
ら成る鉤型の中に流し込み、60℃で4時間、さらに9
0℃で4時間硬化した。次に、5xsoxα1+wのフ
ィルムをマスクとして先の平板状の透明重合体に密着さ
せ、メタクリル醒タリウム塩を含むエタノールに浸漬し
、約70℃で4時間放置し、次にマスクをはがしてこれ
を45℃4時間乾燥した。ここで、エタノールに含まれ
るメタクリル醒タリウムは外部拡散の速度を調節するた
めに新たに加えた成分である。
得られた透明な板の端面を研磨し、一端より光を入射さ
せると、光はマ^りで松おわれていた部分を全反射する
ことなしに屈曲しながら進行することが(ffflかめ
られた。
以上のことにより、この透明な板は第2図に示すような
光導波路部分を形成しているのがわかる。
実施例3 2−ヒドロキシエチルメタクリレート54部にアクリル
改18部、カプリン酸11部を拵解して45℃に保持し
ながら、水ば化バリウム8水塩67部を保々に加えて反
応を行わせた。この浴液に含まれる水を減圧下で除いて
単量体組成物を得た。この組成物67部、スチレン36
部及び重合開始剤としてシミリスチルパーオキシジカー
ボネート0.2部からなる混合液を、シリコーン離型し
た30 X 50 mのガラス板及び2111+のシリ
コーンゴムガスケットからなる鋳型の中に流し込み、6
0℃で4時間、さらに90℃4時間硬化した。次に、第
3図に示すような形状を有するフィルムをマスクとして
先の平板状の透明重合体に0.2簡の間隔をおいて密着
させ、アセトンに浸漬し、約50℃で4時間放置した後
、マスクをはがしてこれを45℃3時間乾燥した。
得られた透明板の端面を研磨し、一端より光を入射させ
ると、光はマスクでおおわれていない部分を全反射する
ことなしに屈曲しながら進行することが惰かめられた。
以上のことにより、この透明な板は第3図に示すような
光導波路部分を形成しているのがわかる。
実施例4 メタクリル酸45 tJ 、オクタフルオロカプロン酸
(H(CF、(1’F、)、 CH,C00H)19部
をベンゼンに溶解して50℃に保持しながら、−酸化鉛
(PbO) 56部を徐々に加えて反応を行わせた。
この溶液に含まれる水とベンゼンを減圧下で除いて単量
体組成物を得た。この組成物60部、クロルスチレン4
0部及び重合開始剤としてシミリスチルパーオキシジカ
ーボネート0.2部からなる混合液を、実施例3と同様
の方法で重合を行った。次に、第3図に示すような形状
を有するフィルムをマスクとして先の平板状の透明重合
体に0.2簡の間隔をおいて密着させ、エタノールに浸
漬し、約70℃で4時間放置し、次にマスクをはがして
これを45℃4時間乾燥した。
得られた透明な板の端面を研磨し、一端より光を入射さ
せると、光はマスクでおおわれていない部分を全反射す
ることなしに屈曲しながら進行することが確かめられた
。以上のことから、この透明板は第6図に示すような光
導波路部分を形成しているのがわかる。
実施例5 実施例1で得られた屈折率分布を有する棒状体を光線の
進路周期が174波長になるような長さで切断した。こ
の端面を研磨し、棒の一端より光を入射させると、光は
自己集束して像を結ぶことが確かめられた。そのため、
この棒状体は第5図に示すような構造を有する屈折率分
布型レンズとして使用で倉ることかわかる。
〔発明の効果〕
本発明によれは、合成樹脂のもつ透明性等の性質を損う
ことなく比較的簡単な工程により合成樹脂光伝送体な得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
各図は、本発明により、製造される合成樹脂光伝送体の
例を示すもので、第1図は、中心軸から周辺に向かって
連続的に屈折率の低下した本発明のファイバ状光伝送体
の模式図、第2図〜第4図は、平面内部に屈折率の異な
る光導波路部分を有する光伝送体及びその製造工程の概
略図、第5図は、中心軸から周辺に向かって連続的に屈
折率の低下した屈折率分布型レンズの模式図である。 1・・・ファイバ状光伝送体、2・・・入射光、3・・
・高屈折率の有機カルボン酸を含有する合成樹脂、4・
・・マスク、5・・・溶媒、6・・・光導波路部分、7
・・・低屈折率の有機カルボ/酸を含有する合成樹脂、
8・・・被覆材、9・・・屈折率分布型レンズ第1図 第2図 (とス、ン 第3図 第4図 3.饅 甚 (bン 第 5 図 第1頁の続き ■Int、C1,4識別記号 庁内整理ヨ■発明者 浅
野 秀樹 日立車輪 、 所内 0発明者 和嶋 兄貴 日立車輪 所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t 有機カルボン酸の金属塩を含有する透明な合成樹脂
    の中心軸から周辺に向って有機カルボ/cRの連続的な
    a反変化をもたせることによって屈折率分布を形成して
    なる合成樹脂光伝送体。 2 有機カルボン版の金属塩を含有する透明な合成樹脂
    を溶媒で処理して有機カルボン酸な外部へ拡散させるこ
    とによって所望のパターンの屈折率分布を形成すること
    を特徴とする合成樹脂光伝送体の製造方法。 5、有機カルボン酸の金属塩を含有する合成樹脂が、少
    なくとも次の一般式(1)で表わされる単位を含有する
    共重合体であって、 1 〔式中式は水素原子又はメチル基、Mは金属元素、nは
    金属の原子価、R7は炭素4以上の有機基を表わす〕該
    合成樹脂を溶媒で処理してその合成樹脂の表面から式R
    1COOH(Rtは前記と同じ意味を有する〕で表わさ
    れる有機カルボンばを外部へ拡散させることによって有
    機カルボン酸の連続的な濃度変化な生ぜしめて屈折率分
    布を形成する特許請求の範囲第2項記載の合成樹脂光伝
    送体の製造方法〇
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