JPS6120909A - プラスチツク光フアイバ - Google Patents

プラスチツク光フアイバ

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JPS6120909A
JPS6120909A JP59141473A JP14147384A JPS6120909A JP S6120909 A JPS6120909 A JP S6120909A JP 59141473 A JP59141473 A JP 59141473A JP 14147384 A JP14147384 A JP 14147384A JP S6120909 A JPS6120909 A JP S6120909A
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JP
Japan
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optical fiber
polymer
component
plastic optical
loss
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JP59141473A
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Toshikuni Kaino
戒能 俊邦
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

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】 〔技術分野〕 本発明は、重水素化およびフッ素化された重合体、ある
いは共重合体による芯、およびこの芯よシも屈折率の低
い合成高分子のさやを有し、可視光域〜近赤外光域にわ
たシ低損失でラシ、かつ、芯成分重合体の吸湿にもとづ
く導光損失の変動の小さいプラスチック光ファイバに関
するものでおる0 〔従来技術〕 従来、ポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート
に代表される透明性にすぐれた合成高分子により芯を形
成し、その芯成分よりも屈折率の低い合成高分子をさや
成分とした同心の芯−さや構造によシ複合ファイバを構
成し、そのファイバの一端に入射した光をファイバの長
さ方向に沿って内部で全反射させて伝達させるプラスチ
ック光ファイバは良く知られている。この種の光ファイ
バを形成する上で考慮すべきことは、ファイバの内部を
光が伝達するにあた如、光が吸収あるい社散乱されるこ
とによって光の減衰を強めるような要因金最小にするこ
とである。
合成高分子を用いたオプテイカルファ・イバは、従来か
ら知られている無機ガラスで製造された光ファイバに比
べて軽量であシ、かつ可撓性に富むという長所を有する
が、ガラス製ファイバに比べ内部を伝達する光の減衰度
合が大きいという欠点があった。
本発明者らの知見によれば、合成高分子を用いた光ファ
イバの光伝送損失の要因は、合成高分子を構成する炭素
−水素間の赤外振動吸収の高調波に起因することが判明
した。
第1図はポリメチルメタクリレートを芯とし、弗素樹脂
共重合体をさやとした従来から公知の方法によって製造
されたプラスチック光ファイバの光伝送特性を示す。第
1図の特性では、炭素−水素間の赤外振動吸収の7倍音
が波長544 nmに、6倍音が622 nmに、5倍
音が740 nmに現われる。ここで倍音の次数が1つ
増加する毎に吸収強度は約1桁低下する。しかし、これ
らの吸収のすそのために、いわゆる損失の窓における光
伝送損失が大きくなっておシ、減衰量の最小値として波
長650nmで250 dB/km、 570 nmで
220 dB//I3.530皿で295 dB/km
の値が得られているにとどまっている0従って、何等か
の方法で炭素−水素間の振動吸収を小さくシ、あるいは
無くすることによって低損失のプラスチック光ファイバ
を製造することが可能となる。
このだめの方法として、水素を重水素に置換し、炭素−
水素(0−H)の振動吸収を消失させる方法が考えられ
る。これに伴い、炭素−重水素(C−D)間の振動吸収
が現われるが、本発明者らの知見によれld’、O−D
間の赤外振動吸収はG−H間の場合に比べ著しく長波長
側にシフトし、例えば可視〜近赤外光域において生ずる
赤外振動吸収の5倍音は、O−4では740nmでおる
のに対し、G−Dでは990 nmであシ、6倍音は6
22nmのC−Hに対し0−Dでは905 nmでらる
というように250〜280nm程度高波長側にシフト
している。さらに同次数の倍音でも(3−D間振動吸収
の強度はC−H間振動吸収の強度に比べて小さくなるこ
とが明らかとなった。
このように、合成高分子中の水素を重水素化することに
よって、特に可視光域〜近赤外光域に極めて低損失な窓
を有するプラスチック光ファイバの製造が可能であるこ
とが考えられる。
合成高分子中の水素を重水素に置換した例として紘、メ
チルメタクリレートを重水素化し、重合した樹脂を芯と
したグラスチック光ファイバが既に提案されている(例
えば、米国特許第4,138,194号またL対応の特
開昭54−65556号)。この例では、パー重水素化
されたメチルメタクリレートを連鎖移動剤および重合開
始剤の存在下で塊状重合して芯型合体を得、この芯型合
体をファイバ化することによって波長690 nmで1
47 dB /km 、 790 nmで1586B/
mの値を得ている。これらの損失値は、−従来の通常の
メチルメタクリレート重合体の損失値が最良の場合でも
570nmで220 dB /km以上であることを考
えると、゛低損失化がなされ、しかも可視波長が近赤外
光域にまで拡大されておシ、重水素化したメチルメタク
リレート重合体の効果が現われているといえよう。
しかし、メチルメタクリレート重合体は比較的吸湿性に
富み、常温下でも24時間後に0.3〜0.4%の吸湿
率であり〔モダンプラスチックスエンサイクロペディア
(Modern Plastic Encyclo −
peciia ) 1968年参照〕、これは重水素化
された重合体についても同様である。
吸湿に基づく酸素−水素(O−U )結合間の振動吸収
は、無機ガラスで製造された光ファイバにおいても問題
であるが、有機高分子化合物では、損失の窓にO−H振
動吸収の高調波の影響が現われることが多く、少量の水
が存在しても、特に近赤外光域における光伝送特性は低
下する。このため、重水素化によって低損失のプラスチ
ック光ファイバを作製しても、使用環境条件の湿度変化
に伴って導光性が変動するという問題があった(  P
olym、  Preprints  Japan 、
  Vo) 32.  A4.P810゜1983参照
)。
〔目  的 〕
本発明はこの様な現状に鑑みてなされたものでsb、そ
の目的は、可視光域から近赤外光域において、光伝送特
性の極めて優れた芯−さや構造を有し、吸湿に伴う0−
1(振動吸収の影響の少ない低損失プラスチック光ファ
イバを提供することにちる。
〔発明の構成〕
かかる目的を達成するために、本発明の低損失プラスチ
ック光ファイバは、一般式 (式中、R1およびR2は炭素数10以下のフルオロア
ルキル基を表わす。但し、R1,R2のうち、いずれか
一方は水素の場合でもよい)で示されるフルオロアルキ
ルペンタジューテロメタクリレートを主成分とする重合
体を芯成分とすることを特徴とするものである。
本発明の他の形態では、第1成分として、フルオロアル
キルペンタジューテロメタクリレートの重合体を少なく
とも30重量−以上含み、第2成分として゛、パーシュ
ーテロメチルメタクリレート重合体あるいはメチル−ペ
ンタジューテロメタクリレート重合体を含む共重合体を
芯成分とすることを特徴とする。
本発明におけるフルオロアルキルペンタジューテロメタ
クリレートの重合体としては、トリフルオロエチルペン
タジューテロメタクリレート、IH2IH,3H−テト
ラフルオロプロピルペンタジコーーテロメタクリレート
、IH−へキサフルオロインプロビルペンタジューテロ
メタクリレートなど、炭素数10以下のフルオロアルキ
ルメタクリレートがあけられる。
メタクリル酸エステル重合体のエステル基に、このよう
にフッ素を導入することによって、ポリマの吸湿率は著
しく低下するので、プラスチック光ファイバの吸湿も抑
制され、OH基にもとづく吸収強度は極めて小さくなる
さらにまた、ここで用いるフルオロアルキルペンタジュ
ーテロメタクリレート中には、少なくとも1つ以上のC
−H結合が存在するから、(3−Hの赤外分子振動に伴
う高調波吸収が現われるが、かさ高いフルオロアルキル
基の導入によって、フルオロアルキルペンタジューテロ
メタクリレート重合体中の単位体積当シのG−H結合含
有量は小さくなる。このため、残存0−H結合がプラス
チック光ファイバの導光性へ及はす影響紘、メチルメタ
クリレート重合体中における同一数のG−H結合が導光
性へ及はす影響よシも小さい。しかし、フルオロアルキ
ル基中のC−H結合数がG−F結合数よシも多い場合、
0−H結合の存在にもとづく吸収損失は、フルオロアル
キル基の導入によるかさ高さの効果を上回るほどに大き
くなるので、低損失のプラスチック光ファイバを得るた
めには好ましくない。このため、フルオロアルキル基中
のO−H結合数がG−F結合数以下であることが本発明
の効果を得る上で望ましい0 本発明において芯成分となる重合体として、フルオロア
ルキルベンタジューテロメタクリレート重合体を30重
量−以上、好ましくは50重量%以上、パーシューテロ
メチルメタクリレート重合体あるいは下記構造式 %式% で示されるメチル−ペンタジューテロメタクリレートの
重合体との共重合体を用いることもでき、この場合には
、低損失であシ、および芯成分重合体の吸湿にもとづく
導光性の変動の小さいプラスチック光フアイバ用芯成分
として好適である。この場合、共重合体中におけるフル
オロアルキルペンタジューテロメタクリレート重合体の
含有量が30重量%未溝のときに、得られた共重合体の
吸湿性の改善効果は小さく、本発明のプラスチック光フ
アイバ用芯成分としては適切ではない。
さらにまた、メチル−ペンタジューテロメタクリレート
重合体を共重合の第2成分として用いる場合、第1成分
のフルオロアルキルペンタジューテロメタクリレート重
合体のフルオロアルキル基の構造にもよるが、第2成分
が70重量%を越える場合に社、第2成分中のC−U結
合の影響のために特に近赤外光域での低損失化が難かし
い0これらの点から、30重量−以上、好ましくはsO
i量1以上のフルオロアルキルペンタシューテロメタク
リレート重合体を第1成分とし、バーシューテロメチル
メタクリレート重合体あるいはメチル−ペンタジューテ
ロメタクリレート重合体を第2成分とする共重合体をプ
ラスチック光ファイバの芯成分として用いるのが、可視
〜近赤外光域において、低損失かつ吸湿の影響による損
失増の小さいプラスチック光ファイバを得る上で好適で
ある。
本発明における芯成分重合体は、多くとも5重量−以下
の共重合用ビニル単量体を含んだフルオロアルキルペン
タジューテロメタクリレート単量体の共重合体から形成
することもできる0このように芯となる重合体を共重合
体とすることによって、フルオロアルキルペンタジュー
テロメタクリレート単独重合体に比べ、可撓性が大きく
なシ、機械的強度も増加するという長所が生ずる0フル
オロアルキルペンタジユ一テロメタクリレート単量体に
5重量%を上回る共重合用ビニル単量体を加えた場合に
は、可撓性の改善効果は5重量%の場合を上回ること値
なく、相溶性の低下にもとづく散乱の増加、ひいては若
干の白濁化をもたらすおそれがあシ、低損失プラスチッ
ク光ファイバを得る上で好ましくない結果をもたらす。
この場合の共重合用ビニル単量体としては、メチルアク
リレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレ
−)、n−7”チルアクリレ−トラ1so−ブチルアク
リレ−) 、 tert−ブチルアクリレートなどのア
クリル酸エステル類、メチルメタクリレート、エチルメ
タクリレート、−n−プルピルメタクリレ−)、igo
−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレ−)
 * 180−ブチルメタクリレ−) 、 tert−
ブチルメタクリレート。
n−ヘンチルメタクリレート、n−へキシルメタクリレ
ート、ラウリルメタクリレート、ノニルメタクリレート
、ベンジルメタクリレートなどのメタクリル酸エステル
類、スチレン、α−メチルスチレン、70ロスチレン、
クロロスチレン、ブロモスチレンなどのスチレン誘導体
、およびこれらの重水素化合物あるい社フッ素化合物な
どがあげられる。
本発明における芯成分の重合体を得るにあたっては、懸
濁重合、乳化重合、溶液重合などの方法を用いることは
好ましくはないOその理由は、懸濁重合や乳化重合にお
いては、工業的方法として杜高純度の重合体が得られる
ものの、多量の水を使用するので、水分中の異物が重合
体に混入するおそれがアシ、これらの異物が混入すると
入射する光の散乱をもたらすため、低損失な光ファイバ
を得るにあたって障害となる0また、溶液重合において
も、溶媒を用いるので、溶媒中の不純物あるい杜異物の
混入のおそれがあシ、異物分離などのプロセスが必要と
なってしまう0そこで、本発明では芯成分用単量体を塊
状重合することによって重合体を形成する0 本発明プラスチック光ファイバを製造するにあたって社
、密閉した系において、減圧条件下で蒸留したフルオロ
アルキルペンタジューテロメタクリレート単量体へ重合
開始剤および連鎖移動剤を蒸留によって添加し、引続き
減圧状態を保持したit重合を行って得たフルオロアル
キルペンタジューテロメタクリレート重合体を芯成分と
することが、低損失なプラスチック光ファイバ金得る上
で好ましい。このように、フルオロアルキルペン。
タジューテロメタクリレート単量体を密閉した系におい
て重合した後に、密閉状態を保持したまま、得られた容
重合体を溶融紡糸して芯ファイバを得ることが望ましい
。これによって、芯型合体中への塵埃や不純物の混入が
ないばかシでなく、微小なボイドの生成も抑制される。
さらに重合体を紡糸するにmlしての塵埃の混入が全く
ないので、散乱損失の著しく低減したプラスチック光フ
ァイバを得ることが可能となる。
以上の点よシ、本発明で用いる重合開始剤は、減圧下で
容易に蒸留し得るものであることが望ましい0このよう
な重合開始剤としては、アゾーtert−ブタン、アゾ
−n−ブタン、アゾ−1so −プロパン、アゾ−n−
プロパン、アゾ−シクロヘキサン等のアルキルアゾ化合
物、あるいはジーtert−ブチルパーオキサイド、ジ
クミルパーオキサイド、クメンヒドロキシパーオキサイ
ド等の有機過酸化物があげられる。
また、連鎖移動剤についても減圧条件下で容易に蒸留し
得るものであることが望ましい。かかる連鎖移動剤とし
ては、メルカプタン類が適切であり、n−ブチル、n−
プロピルなどの第1級メルカプタン、5eO−ブチル、
イソプロピルなどの第2級メルカプタン、tert−ブ
チル、 tert−ヘキシルなどの第3級メルカプタン
、あるいはフェニルメルカプタンなどの芳香族メルカプ
タンが挙けられる。
本発明において、容重合体を溶融紡糸するにあたシ、フ
ルオロアルキルペンタジューテロメタクリレート重合体
のガラス転移温度以上で重合を行った容重合体を、当該
ガラス転移温度以下に温度を下げることなく溶融紡糸装
置へ供給することによって、内部歪の発生および重合体
の体積変化にもとづく紡糸時の微小ボイドの発生がなく
、散乱損失の小さい光ファイバを得ることができる0本
発明において用いるさや成分は、屈折率が芯成分の屈折
率よりも少なくとも0.5%、好ましくは2%低い屈折
率を有する合成高分子とする。’nに、実質的に無定形
の重合体を用いることによって、すぐれた光伝送特性を
得ることができる。かかるさや成分として、例えばオク
タフルオロペンチルメタクリレート重合体を主成分とす
る共重合体、あるいはオクタフルオロペンチルメタクリ
レート重合体あるいは該重合体を主成分とする共重合体
と、7ツ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合
体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−へキ
サフルオロプロピレン三元共重合体などとの混合物があ
げられる。特にオクタフルオロペンチルメタクリレート
−へブタデカフルオロデシルメタクリレート共重合体に
、7ツ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体
を溶融混合した組成物を用いることによって、光透過性
にすぐれたプラスチック光ファイバを得ることが可能で
ある。
さや成分としてはこのはか、フルオロアルキルメタクリ
レートとフルオロアルキルアクリレートとの共重合体、
およびこの共重合体とテトラフルオロエチレンやヘキサ
フルオロプロピレンや7ツ化ビニリデンやトリフ四ロク
ロロエチレンなどのフッ素樹脂との混合物などをも利用
できる。
以下、実施例によυ本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明祉これら実施例のみに限定されるものではない。
なお光ファイバの光伝送特性測定用の光源としては、タ
ングステン−ハロゲンランプを用い、回折格子分光器を
使用して、透過減衰率の波長特性を求めた。また、光フ
ァイバを高温高湿条件下に静置し、光ファイバの吸湿に
伴う損失値の増加を、透過減衰率の測定によって求めた
実施例 1゜ 実質的に酸素の存在しない密閉系の重合装置内で、トリ
フルオロエチルベンタジューテロメタクリレート単量体
に、重合開始剤として、0゜01m0ジノのtert−
ブチルパーオキサイド、連鎖移動剤としてO−005m
oノ/ノのn−ブチルメルカプタンを添加し、十分混合
した後に、120℃、12時間でバルク重合を行い、次
いで徐々に昇温して重合率を上昇させ、最終的に160
℃、6時間にて重合を完結させて、芯成分重合体を得た
一方、さ中成分として、IH,IH,5H−オクタフル
オロペンチルメタクリレート重合体を用い、複合紡糸口
金を用いて、芯成分重合体と共に溶融紡糸を行い、第2
図に示す芯2の直径Q、5m。
さや成分3の膜厚Q、1ysの光ファイバ1を得た。
この光ファイバは波長780 nmにおいて最低損失値
160 dB/kmが得られ、波長680nm 、 8
45℃mおよび945℃mにおいても、それぞれ、18
0 clB7’km ?  205dB/km 、およ
び280 dB/kmが得られておシ、可視〜近赤外光
域で従来に比べて低損失のプラスチック光ファイバが得
られた。
このトリフルオロエチルペンタジューテロメタクリレー
トをコアとする光ファイ共を60℃。
90SRHの温湿度条件下に2昼夜靜置し、直ちに光伝
送特性を測定した。波長780 nmの低損失窓での吸
湿にもとづく損失増は15 dB/km %波長680
nmでは8 dB/km、波長845nmでの損失増も
35clB/kmであシ、吸湿後の増失増がきわめて小
さいプラスチック光ファイバであることが判明した。
実施例 2゜ 実施例1において、単量体としてIH,IH,3に一テ
トラフルオログロビルベンタジューテロメタクリレート
90重量%、メチルペンタジューテロメタクリレート1
0重量−の混合物を用いた#丘かは、実施例1と同様に
して複合紡糸を行い、芯の直径0.6m、さや成分の膜
厚帆1籐の光ファイバを得た。この光7アイパの透過減
衰波長特性を第3図に示す。第3図かられかるように、
波長780 nmにおいて最低損失値130 c%’k
m。
波長690 nm 、 850 nm 、 950 n
mにおいても、それぞれ、200 t3B71an 、
 140dVkM1.235 dlkmが得られ、可視
〜近赤外光域において従来のプラスチック光ファイバに
比べて著しく低損失である光ファイバが得られた。この
プラスチック光ファイバを、60℃。
90チRHの温湿度条件下において2昼夜靜置してから
取出し、その後直ちに光伝送特性を測定し九波長780
 nmでの吸湿にもとづく損失増は20clB/Icm
 %波長680 nmおよび850 nmでの損失増線
、それぞれ、10dB/kmおよび48 dB/kmで
l)、吸湿による損失増のきわめて小さいプラスチック
光ファイバであった。
実施例 3゜ 実施例1において、IH−へキサフルオロイソプロピル
ペンタジューテロメタクリレート50重i%、パーシュ
ーテロメチルメタクリレート50重量−の混合物を用い
たtlかは、実施例1と同様にして、複合紡糸を行い、
芯の直径0.5WI&、さ中成分の膜厚0.05 mの
光ファイバを得た。この光ファイバは、波長680 n
mにおいて最低損失値70ciB/kmが得られ、波長
780 nmおよび850 nmにおいても、それぞれ
、120 dB/kmおよび150dB/kmが得られ
た。この光フティバを、60℃、90チRHの温湿度条
件下に2昼夜静置してから取出し、その後直ちに光伝送
特性を測定した。波長680 nmでの吸湿にもとづく
損失増は15 dB /km 、波長7anmおよび8
50 nmでの吸湿にもとづく損失増は、それぞれ、4
5 dB/kmおよび65 clB/kmという低い値
であシ、吸湿による損失増のきわめて小さいプラスチッ
ク光ファイバであった。
〔効果〕
以上説明したように、本発明によるプラスチック光ファ
イバは、従来のプラスチック光ファイバに比べ、可視〜
近赤外光域において極めてすぐれた光伝送特性を有する
と共に、高温高湿条件下にさらされても損失増が著しく
小さいため、数100mの距離間の光信号伝送媒体とし
て、近赤外光域の光源を用いても安定して使用しうると
いう利点がある。さらにまた、赤色光域である680 
nm前後での波長における光透過性もきわめて安定して
いるので、安価なGaAjAsなとの可視LED を用
い、経済性にすぐれた光信号伝送システムを構成できる
利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の方法で製造された低損失プラスチック光
ファイバの可視光域での光伝送特性の測定結果を示すグ
ラフ1 第2図は本発明プラスチック光ファイバの断面図、 第3図は本発明による低損失プラスチック光ファイバの
可視〜近赤外光域での光伝送特性の測定結果を示すグラ
フである。 1・・・光ファイバ、 2−・・芯部、 3−・・さや部。 特許出願人  日本電信電話公社 代理人 弁理士   谷     義   −第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)合成高分子から成る芯とさやを有するプラスチック
    光ファイバにおいて、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここで、R_1およびR_2は炭素数10以下のフル
    オロアルキル基、あるいはR_1、R_2のうち、いず
    れか一方は炭素数10以下のフルオロアルキル基で、他
    方は水素)で示されるフルオロアルキルペンタジューテ
    ロメタクリレートを主成分とする重合体により前記芯を
    構成することを特徴とするプラスチック光ファイバ。 2)合成高分子から成る芯とさやを有するプラスチック
    光ファイバにおいて、フルオロアルキルペンタジューテ
    ロメタクリレートの重合体を第1成分とし、バージュー
    テロメチルメタクリレート重合体を第2成分とし、前記
    第1成分が少なくとも30重量%以上で形成される共重
    合体により前記芯を構成することを特徴とするプラスチ
    ック光ファイバ。 3)前記第1成分は50重量%以上であることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載のプラスチック光ファイ
    バ。 4)前記第2成分が下記構造式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で示されるメチル−ペンタジューテロメタクリレートの
    重合体であることを特徴とする特許請求の範囲第2項ま
    たは第3項に記載のプラスチック光ファイバ。
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Cited By (9)

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