JPS63500685A - Intermediate workpiece with graded refractive index and its manufacturing method - Google Patents
Intermediate workpiece with graded refractive index and its manufacturing methodInfo
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 グレーデッド屈 率を有する中日++工物とLへU コノ発明は、グレーデッド屈折率(graded refractiveind ex)を有する中間加工物(preform)と、光ファインく−を引抜き成形 または押出し成形するための中間加工物原材の製造方法とに関する。[Detailed description of the invention] Chunichi++ construction with graded refractive index and U to L Kono's invention is a graded refractive index. pultrusion molding of an intermediate workpiece (preform) having a Alternatively, the present invention relates to a method for producing an intermediate material for extrusion molding.
電磁波が成る物質を通って伝えられた場合、伝送速度はその物質の屈折率に左右 される。可視光線と同じ速度の電磁波を用いた場合、単純化のために、電磁波は 光速で物質中を伝わると言っても良い。更に、例えば空気よりも大きな屈折率を 有する物質に光が入射されると仮定した場合、この時の光の速度は、空気内より もこの物質内での方が低速であろう、これは、スネルの法則に従っている。When electromagnetic waves are transmitted through a material, the transmission speed depends on the material's refractive index. be done. When using electromagnetic waves with the same speed as visible light, for simplicity, the electromagnetic waves are It can be said that light travels through matter at the speed of light. Furthermore, it has a refractive index greater than that of air, for example. If we assume that light is incident on a substance that has would also be slower in this material, which follows Snell's law.
上述の結果として、光ファイバーの軸線上を進む光は、ファイバーの屈折率に応 じた一定の速度で伝えられる、と言うことができる。As a result of the above, light traveling along the axis of an optical fiber depends on the refractive index of the fiber. It can be said that the information is transmitted at a constant speed.
ファイバーの軸線上ではなくその外側を伝わる光は、ファイバーの外側の境界、 即ち、ファイバーの材料とクラツディングとの間の領域で屈折されたり、或は、 ファイバーから透過する。Light that travels outside the fiber rather than on its axis travels along the fiber's outer boundary, i.e., bent in the region between the fiber material and the cladding, or transmitted through the fiber.
これは、ファイバー内と通る光が、その強度を光源から目的地までの間に失って しまうことを意味する。これを光の減衰と称する。更に、屈折光は、伝導される 距離が長いために、ファイバーの軸線に沿う光に対して、一定の位相のずれを伴 って到達する。This is because the light passing through the fiber loses some of its intensity between the source and the destination. It means to put away. This is called light attenuation. Furthermore, the refracted light is transmitted Due to the long distance, light along the axis of the fiber has a certain phase shift. That's what I reach.
実際上は、上記の現象は、所謂ステップインデックスファイバー(steppe d 1ndex fibre)、即ち、その素材が軸線から次の屈折率変化箇所 までの間(通常、ファイバーの内部コアとクラツディングとの間)で一定の屈折 率となっているファイバーで見られる。In practice, the above phenomenon is explained by the so-called step index fiber (steppe index fiber). d 1ndex fiber), that is, the material has the next refractive index change point from the axis. (usually between the inner core of the fiber and the cladding) seen in fibers that have a
別言するならば、光のインパルスの形態でこのようなファイバーを通って送られ る情報は、この光のインパルスがファイバーを伝わるにつれて消滅していく。In other words, light is transmitted through such fibers in the form of impulses of light. The information is lost as this light impulse travels down the fiber.
しかしながら、光学的に不均一(グレーデッドインデックス分布)な光ファイバ ー、即ち、ファイバーの軸線上の大きな屈折率からファイバーの外周の小さな屈 折率へと連続的に屈折率が変化するファイバーを用いるならば、ファイバーを伝 わる光は、ステップインデックスファイバーでのように屈折されることはなく、 軸線に向かって連続的に屈曲されるであろう。However, optical fibers that are optically non-uniform (graded index distribution) – i.e., from a large index of refraction on the axis of the fiber to a small index of refraction at the outer circumference of the fiber. If you use a fiber whose refractive index changes continuously, The changing light is not refracted as it would be in a step-index fiber; It will be continuously bent towards the axis.
このようなファイバーを介して伝えられる光インパルスの形態の情報は、はぼ同 時にその目的地に達し、従って、それらの信号は容易に翻訳される。The information in the form of optical impulses transmitted through such fibers is time to reach their destination and therefore their signals are easily translated.
グレーデッドインデックスファイバーにおけるこの特徴は最近になって知られ、 ガラスや水晶製の光ファイバーで情報を伝える場合に効果的に用いられるように なった。This feature in graded index fibers has only recently become known. Effectively used to transmit information through optical fibers made of glass or crystal became.
しかしながら、この原理に基づく合成の光ファイバーについての記述は全く存在 しない、従って、過去の文献には、ステップインデックスファイバーの原理に基 づく均一なファイバーのみが記されている。However, there are no descriptions of synthetic optical fibers based on this principle. Therefore, in the past literature there are no studies based on the step-index fiber principle. Only homogeneous fibers are noted.
米国特許第4,138,194号および第4,161,500号には、素材が光 学的に均一な中間加工物の製造方法が開示されている。メチルメタクリル酸塩を 基礎とし、他のアクリル酸塩およびメタクリル酸塩から成る少量の添加物が添加 された共重合体が用いられている。完成された中間加工物は、その後、光ファイ バーを押出し成形するために用いられる。U.S. Patent Nos. 4,138,194 and 4,161,500 disclose that the material is A method for producing a chemically uniform intermediate workpiece is disclosed. Methyl methacrylate As a base, small amounts of additives consisting of other acrylates and methacrylates are added A copolymer is used. The completed intermediate workpiece is then processed using optical fiber. Used to extrude bars.
また、ドイツ連邦共和国特許第1497545号には、ファイバーのコアがポリ スチレンを基礎とし、且つ、ファイバーのクラツディングがポリメチル・メタク リル酸塩を基礎としているステップインデックスファイバーの製造について開示 されている。この製造方法は、ポリスチレンのコアとポリメチル・メタクリル酸 塩のクラツディングを有する中間加工物を作るために、ポリメチル・メタクリル 酸塩の管の中にコアの材料を充填することから成っているいる0次いで、この中 間加工物は柔軟になるまで加熱され、その後、光ファイバーが押出し成形される 。Furthermore, in German Patent No. 1497545, the core of the fiber is It is based on styrene and the fiber cladding is polymethyl methacrylate. Disclosure of production of step index fibers based on lylate salts has been done. This manufacturing method uses a polystyrene core and polymethyl methacrylic acid. polymethyl methacrylic to make intermediate products with salt cladding. This consists of filling the core material into the tube of acid salt, then inside this The blank is heated until it becomes pliable, and then the optical fiber is extruded. .
上記タイプの中間加工物から作られた光ファイバーは光学的に均一であるので、 長い距離に亘っての情報の伝達にはあまり適していない。Optical fibers made from intermediate products of the above type are optically uniform, so It is not well suited for transmitting information over long distances.
屈折率がファイバーの軸線からファイバーの外周に向かって連続的に減じられる グレーデッド屈折率を有する合成物から光フアイバーインデックスを製造できる ことが分かった。即ち、この発明によれば、はぼ同一の反応パラメータと溶解パ ラメータを有すると共に、異なる屈折率を有するモノマー類を一緒に導き、且つ 、これらのモノマー類のモル比を連続的に変えることによって、グレーデッド屈 折率を有する合成物が作られる。The refractive index decreases continuously from the fiber axis toward the fiber's circumference. Optical fiber indexes can be manufactured from composites with graded refractive index. That's what I found out. That is, according to the present invention, almost the same reaction parameters and solubility monomers having a different refractive index, and , by continuously changing the molar ratio of these monomers, graded A composite having a refractive index is created.
この発明によれば、その後、ガラス、水晶および/または他の適当な材料から成 る回転壁体、例えばクラツディングに適当な管状のポリマー材に、モノマー類が 警戒される。According to the invention, the Monomers are added to a tubular polymer material suitable for rotating walls, e.g. cladding. Be warned.
次いで、モノマー類は、一般に知られている方法、例えば過酸化物を基礎とする 反応開始剤を用い、紫外放射または加熱のための赤外放射のいずれかの放射を当 てることにより、或はまた、重合化の前記方法の1つまたは2つを組み合わせる ことにより、重合が行われる。The monomers are then prepared in a generally known manner, e.g. peroxide-based A reaction initiator is used to apply radiation, either ultraviolet radiation or infrared radiation for heating. or alternatively by combining one or two of the above methods of polymerization. Polymerization is thereby carried out.
ガラス製のクラツディングの使用と共に重合が行われ、且つ、紫外放射が重合の ために用いられた場合に、紫外放射は、ガラスにおいて最も吸収されない紫外線 と同じ周波数を有するべきである。Polymerization takes place with the use of glass cladding and ultraviolet radiation stimulates the polymerization. When used for should have the same frequency as .
この発明をより一層理解するために、中間加工物の製造に用いられる装置の側面 を示す第1図を参照する。In order to better understand this invention, we will discuss aspects of equipment used in the production of intermediate products. Please refer to FIG.
第1図に示された装置は、ガラス、水晶またはプラスチックから成る外側の管( 1)を具備している。ここで、ガラスとは、あらゆる性質のガラスを意味してい る。プラスチックは、水溶性材料と水不溶性材料の両者、および、天然プラスチ ックおよび合成プラスチックの両者を含む。The device shown in Figure 1 has an outer tube ( 1). Here, glass means glass of any nature. Ru. Plastics include both water-soluble and water-insoluble materials, as well as natural plastics. This includes both plastics and synthetic plastics.
この管(1)は、幾つかの機能を有する端部片(2’、2″)で閉じられている 。第1に、端部片(2’、2 ”)は管(1)の支持部材として働き、第2に、 管(1)の回転の支点として機能する。This tube (1) is closed with an end piece (2', 2'') that has several functions . Firstly, the end piece (2', 2'') acts as a support member for the tube (1), and secondly, It functions as a fulcrum for the rotation of the tube (1).
管(1)を回転させるための装置は、端部片(2’、2“)にシャフトの端部が 取り付けられたもの、或は、これらの端部片が回転軸受に締結されている場合に 端部片ではなく管を直接に回転させるもの等の従来公知の種類である。しかし、 管を回転させる装置はこの発明の要素ではなく、従って、第1図には示されてい ない。The device for rotating the tube (1) is such that the end of the shaft is attached to the end piece (2', 2''). attached or when these end pieces are fastened to rotating bearings. These are of the conventional type, such as those that rotate the tube directly rather than the end piece. but, The device for rotating the tube is not an element of this invention and is therefore not shown in FIG. do not have.
端部片(2’、2″)は、例えば、ねじ、或は、不活性材料のOリングによる締 付け、その他端部片と管(1)との間の摩擦連結等の従来公知の方法によって管 (1)に締結される。The end pieces (2', 2'') can be fastened, for example by screws or by O-rings of inert material. The tube (1) is attached by any conventional method such as friction coupling between the end piece and the tube (1). (1) is concluded.
端部片は、金属および/またはプラスチックから作られるとよい、端部片の材料 がモノマー類による腐食に耐えるものであるならば有効であり、また、耐熱性、 即ち、熱にさらされた場合にその形状が損なわれないものであるならば有効であ ろう、端部片(2″)はブツシュ(3)およびカニユーレ(4)と共に示され、 このカニユーレ(4)は、端部片(2″)を通って管(1)内を前後に動がされ ることができる。このような動きは、モータ(5)によって制御され、カニユー レ(4)の上の両方向矢印によって示されている。The end piece may be made of metal and/or plastic; It is effective if it is resistant to corrosion by monomers, and also has heat resistance, In other words, it is effective if it does not lose its shape when exposed to heat. braze, end piece (2″) is shown with bushing (3) and cannula (4); This cannula (4) is moved back and forth within the tube (1) through the end piece (2''). can be done. Such movement is controlled by a motor (5) and a cannula. This is indicated by the double-headed arrow above (4).
酸素と微應が端部片(2’、2″)間の管(1)に侵入するのを防止するために 、例えば、ブツシュ(3)を介して管(1)の中に、不活性ガスとして窒素を供 給してもよい。In order to prevent oxygen and microgas from entering the tube (1) between the end pieces (2', 2'') , for example, by supplying nitrogen as an inert gas into the tube (1) via the bush (3). may be provided.
反応物質(この場合はモノマー類M、および/またはMt、または純モノマー類 、或はその混合物から成る)が、カニユーレを通って導入される。2つのモノマ ー類とそれ以上のモノマー類とから成るモノマー化合物を具体化することができ るので、1つまたは2つのモノマーだけを用いることは必要でない、従って、こ の発明は、いくつのモノマーを使用すべきかとが、或は、何が用いられるか、等 ということに関しては制限していない、モノマーを選択するための決定的な要素 は、完成製品のための光学的な特性および他の物理的データである。Reactants (in this case monomers M, and/or Mt, or pure monomers) , or a mixture thereof) is introduced through the cannula. two monomers It is possible to embody a monomer compound consisting of - and more monomers. It is not necessary to use only one or two monomers; therefore, this The invention of ``How many monomers should be used, or what should be used, etc.'' The decisive factor for selecting monomers is not restrictive in terms of are the optical properties and other physical data for the finished product.
カニユーレ(4)は、モノマー(M + 、M z)、紫外反応開始剤、連鎖移 動剤、および、もし適当であるならば、その目的のために適当な他の添加¥jJ J(H)を供給するための管に連結されている。Cannula (4) contains monomers (M+, Mz), ultraviolet reaction initiator, and chain transfer. moving agent and, if appropriate, other additions suitable for the purpose. It is connected to a tube for supplying J(H).
上述した装置は2つの動作を呈する。第1に、端部片(2’、2″)を有する管 (1)は回転運動を行う、第2に、カニユーレ(4)は、管(1)の内側を前後 に動き、この結果、一定時間の後に、管の内面はカニユーレ(4)からの材料で 被覆される。The device described above exhibits two operations. First, a tube with an end piece (2', 2'') (1) performs a rotational movement.Secondly, the cannula (4) moves back and forth inside the tube (1). As a result, after a certain period of time, the inner surface of the tube is filled with material from the cannula (4). coated.
中間加工物製造装置は、材料が均等に配分されるように高速で回転する。材料を 注入し始めた際には、回転速度は非常に低速である。500〜2000rpn+ 、好適には約100゜rpmの回転速度を選択できることが、経験で分かってい る。The intermediate workpiece manufacturing equipment rotates at high speed so that the material is evenly distributed. material When the injection begins, the rotation speed is very slow. 500~2000rpn+ Experience has shown that a rotation speed of approximately 100° rpm can be selected. Ru.
上述したように、カニユーレ(4)にはモノマーMI、M2が別々に供給される が、第3の供給、例えば、連鎖移動剤および/または紫外反応開始剤の供給を行 うことも有効である。As mentioned above, the monomers MI and M2 are separately supplied to the cannula (4). carries out a third supply, for example a chain transfer agent and/or a UV initiator supply. It is also effective to
また、反応開始のために、遊離基を形成するための過酸化物およびアゾ化合物を 使用するような、他の反応開始方法乳用いることができる。Additionally, peroxides and azo compounds to form free radicals are used to initiate the reaction. Other methods of initiating the reaction can be used, such as using milk.
作られた中間加工物はできる限り光学的に純粋であること、即ち、光信号を歪ま せそれらを減衰する物質が最小限度で含まれていることが、次続の取扱いの上で 有効となる。従って、重合を開始し、紫外放射で重合を続けていくことが有効で ある。The created intermediate workpiece must be as optically pure as possible, i.e. it does not distort the optical signal. During subsequent handling, the It becomes effective. Therefore, it is effective to start polymerization and continue it with ultraviolet radiation. be.
例えば過酸化物により反応が開始されるシステムを用いる場合、中間加工物にお ける重合反応熱を除去するのが困難であることに注意すべきである。従って、紫 外放射による、より簡単で且つより清潔な重合方法を用いることが好ましい。For example, when using a system where the reaction is initiated by peroxide, It should be noted that it is difficult to remove the heat of polymerization reaction. Therefore, purple It is preferred to use the simpler and cleaner method of polymerization by external radiation.
紫外放射が適用される場合、管(1)はこの種の放射線を透過しなければならな い、実際上では、これは、300〜400r+mの周波数を有する紫外線を選択 しなければならないことを意味する。If ultraviolet radiation is applied, the tube (1) must be transparent to this type of radiation. In practice, this means selecting ultraviolet light with a frequency of 300-400 r+m. means you have to.
第1図は紫外線を放射するための装置(7)を示している。管(1)は比較的に 高速で回転するので、放射は、管(1)の内面全体に均等に当たることも考慮さ れなければならない。FIG. 1 shows a device (7) for emitting ultraviolet radiation. Pipe (1) is relatively It is also taken into consideration that since it rotates at high speed, the radiation hits the entire inner surface of the tube (1) evenly. must be
大き過ぎる分子量を有することは、これが、後に、押出し成形の速度やポリマー の粘度に影響を与えるので、望まれない、従って、適正な範囲内に分子量を維持 するために、連鎖移動剤が添加される。ポリアクリル酸塩は30.000〜Zo o、000の分子量で、ポリスチレンは100.000〜soo、oooの分子 量が最も適当である。Having a molecular weight that is too large will cause the extrusion speed and polymer is undesirable because it affects the viscosity of the To do this, a chain transfer agent is added. Polyacrylate is 30.000~Zo With a molecular weight of o, 000, polystyrene has a molecular weight of 100,000 to soo, ooo. The amount is most appropriate.
上述の装置の目的は、回転軸線上から外周に行くほど減少する屈折率を有する中 間加工物を製造することにある。The purpose of the above-mentioned device is to provide a medium with a refractive index that decreases from the axis of rotation to the outer periphery. The purpose is to manufacture partially processed products.
これは、まず第1に最も小さな屈折率のモノマーまたはモノマー類を供給するこ とによって達成され、屈折率は、その後、モノマーM1、M2の分子量を連続的 に変化させることで増加される。最終的には、カニユーレ(4)の回りに、ポリ マー類の入っていない小さな空洞ができる。この空洞が最小寸法に達した時であ って、それがカニユーレと結合する前に、カニユーレは引き抜がれなければなら ず、空洞は、最終的なモノマー混合物、即ち、最も高い屈折率を有するモノマー またはモノマー混合物で満たされる。その後、中間加工物は、重合が一様となる まで、再度、重合反応が行われる。This is done by first supplying the monomer or monomers with the lowest refractive index. The refractive index is then determined by continuously changing the molecular weight of monomers M1, M2. It is increased by changing to . Finally, wrap the plastic around the cannula (4). A small cavity is formed that does not contain any minerals. This is when this cavity reaches its minimum size. So, before it joins with the cannula, the cannula must be pulled out. First, the cavity contains the final monomer mixture, i.e. the monomer with the highest refractive index. or filled with a monomer mixture. After that, the polymerization of the intermediate product becomes uniform. The polymerization reaction is carried out again until
上の記載は、ステップインデックスファイバーにおける屈折率分布が、ファイバ ーの軸線から外方に、その外側の境界まで、即ち、クラツディングの方の境界ま で、一定に減少されていると仮定している。The above description indicates that the refractive index distribution in the step index fiber is outwardly from the axis of the It is assumed that it is constantly decreasing.
この方法によれば、屈折率分布が一定にまたは放物線的に減少され、または、他 の態様で減少される場合であっても、ステップインデックスファイバーの原理に 従ったいかなる型式の光ファイバーも作ることができる。管(1)の内側のポリ マー層が、管(1)から中間加工物の軸線の方に屈折率を増しながら、ポリマー 類によって徐々に警戒される。According to this method, the refractive index distribution is reduced constant or parabolically, or The principle of step-index fibers even when reduced in the manner of Any type of optical fiber can be made accordingly. Poly inside tube (1) The polymer layer increases in refractive index from the tube (1) towards the axis of the intermediate workpiece. gradually become alarmed.
モノマー類の紫外放射はどの温度でも行うことができるが、中間加工物の温度上 昇を引き起こさない温度を選択することとした0重合反応が紫外放射で実行され る場合、室温(20℃)以下が非常に有効であることが経験で分かっている。Ultraviolet irradiation of monomers can be carried out at any temperature, but The polymerization reaction was carried out with ultraviolet radiation by choosing a temperature that did not cause Experience has shown that temperatures below room temperature (20°C) are very effective.
下の表は、中間加工物を製造するために供給された物質の典型的な分量の例であ る。The table below is an example of typical quantities of materials supplied to produce intermediate workpieces. Ru.
モノマーM1 高屈折率 0〜100モル%モノマーM2 低屈折率 100〜 0モル%紫外反応開始剤 0.01〜1モル% 連鎖移動剤 0.01〜1モル% モノマーM 1.M 2として、反応パラメータ=1.0、即ちr+−r+=1 .0を有するものが選ばれるのが好適であるが、反応パラメータは1.0でなく ても良い。Monomer M1 High refractive index 0-100 mol% Monomer M2 Low refractive index 100-100 0 mol% UV reaction initiator 0.01-1 mol% Chain transfer agent 0.01-1 mol% Monomer M 1. As M2, reaction parameter = 1.0, i.e. r+ - r+ = 1 .. Preferably, those with 0 are chosen, but the reaction parameters are not 1.0. It's okay.
同時に、モノマーM3、M、の溶解パラメータδ寡、δ2の差はΔδ−1,0よ りも大きくすべきでないが、これはあまり重要ではない、それは、前記差よりも 大きいが、それにも拘わらず溶解可能なモノマー系もあるからである。At the same time, the difference in solubility parameters δ and δ2 of monomers M3 and M is greater than Δδ−1,0. The difference should not be too large, but this is not very important. This is because some monomer systems are large but nevertheless soluble.
国際調査報告 −1自−^p両^1・灯/rα6/の暢9international search report -1self-^pryo^1・Light/rα6/Nonobu9
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