JPWO2011070922A1 - Gradient index plastic optical fiber - Google Patents
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Abstract
屈折率分布型プラスチック光ファイバーを、コア部およびコア部の外周に配置されたクラッド部からなるプラスチック光ファイバーであって、前記コア部が、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(3FMA)55〜95重量%と、メチルメタクリレート(MMA)5〜45重量%とを含むモノマーの共重合体と、該共重合体よりも高い屈折率を有し、且つ該共重合体に対し相溶するドーパントを主たる構成成分としてなり、前記クラッド部が、3FMA55重量%を超え100重量%以下と、MMA0重量%以上45重量%未満とを含むモノマーの重合体を主たる構成成分としてなり、且つ該重合体における3FMAの含有割合が前記コア部の共重合体における3FMAの含有割合より多いものとする。A refractive index distribution type plastic optical fiber is a plastic optical fiber comprising a core part and a clad part arranged on the outer periphery of the core part, and the core part is 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (3FMA) 55-95. Mainly a copolymer of monomers containing 5% by weight and 5 to 45% by weight of methyl methacrylate (MMA), and a dopant having a higher refractive index than that of the copolymer and compatible with the copolymer As a constituent component, the clad part mainly comprises a polymer of a monomer including more than 55% by weight of 3FMA and not more than 100% by weight, and 0% by weight or more and less than 45% by weight of MMA. The content ratio is higher than the content ratio of 3FMA in the copolymer of the core part.
Description
本発明は、屈折率分布型プラスチック光ファイバーに関し、さらに詳しくは、屋内の、中でも宅内における光伝送リンクシステムのような短距離用光伝送リンクシステムを構築できる十分な光透過性能を有し、曲げたときの伝送損失が少なく、且つ高速通信可能な屈折率分布型プラスチック光ファイバーに関する。 The present invention relates to a refractive index distribution type plastic optical fiber, and more particularly, has a sufficient light transmission performance to be able to construct an optical transmission link system for a short distance such as an optical transmission link system indoors, especially in a house, and is bent. The present invention relates to a refractive index distribution type plastic optical fiber with low transmission loss and capable of high-speed communication.
近年、各家庭におけるインターネットの普及が進み、テレビやパーソナルコンピューターを介しての、映画受信、動画の双方向通信など、通信情報量の増加傾向が顕著であり、住宅内における末端通信網の高速化が熱望されている。ファイバー・トゥ・ザ・ホーム(FTTH)の普及に伴い、住宅手前までは光通信がひかれている家庭が多くを占めるようになったものの、宅内では従来からの銅線による通信が一般的であり、また、利便性からワイヤレス通信もある程度浸透してきているが、そのどちらにおいても通信速度が遅く律速となっている。さらに、銅線では高速性が高まるにつれて、ノイズ対策を強化する必要があり、ワイヤレス通信では、情報漏洩の点が懸念されている。
そのため、高速通信可能な光配線を家庭内にまで浸透させるニーズが高まってきており、その媒体としてプラスチック光ファイバー(以下、「POF」と略称することがある。)が最も有望視されている。POFは、一般的に、良好な可撓性を有し、軽量で、加工性がよく、口径の大きいファイバーとして製造しやすく、低コストで製造可能であり、電磁的なノイズを受けないという種々の長所を有する。In recent years, the spread of the Internet in each home has progressed, and the trend of increasing the amount of communication information such as movie reception and interactive video communication via TV and personal computers has been remarkable, and the speed of the terminal communication network in the home has increased. Is eager. With the spread of fiber-to-the-home (FTTH), the number of households with optical communication has been increasing up to the front of the house, but conventional copper wire communication is common in the home. In addition, wireless communication has been penetrating to some extent for convenience, but in both cases, the communication speed is slow and rate limiting. Furthermore, as the speed of copper wire increases, noise countermeasures need to be strengthened, and there is a concern about information leakage in wireless communication.
Therefore, there is an increasing need to penetrate optical wiring capable of high-speed communication into the home, and a plastic optical fiber (hereinafter sometimes abbreviated as “POF”) is most promising as the medium. POF is generally various in that it has good flexibility, is lightweight, has good workability, is easy to manufacture as a large-diameter fiber, can be manufactured at low cost, and is not subject to electromagnetic noise. Has the advantages of
従来から、POFとしては、ポリメチルメタクリレート(以下、「PMMA」と略称することがある。)などのメタクリル系樹脂をコア部としたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, POFs having a core part made of methacrylic resin such as polymethyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as “PMMA”) are known (for example, see Patent Document 1).
さらに、通信速度を高速化する目的のため、ファイバーの中心から半径方向に向かって屈折率が連続的、もしくは段階的に変化している屈折率分布型(GI型)POFが知られている。
GI型POFでは、屈折率差を付与する方法としては、ドーパントと呼ばれる、屈折率が異なり、且つポリマーとの相溶性が良好な低分子をドープする方法(例えば、特許文献2参照)や、屈折率の異なるモノマーの共重合組成を変える方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。その中でも、通信可能距離を決定する導光部の透明性を維持する観点からは、前者が優れている。
また、屈折率分布を付与する方法としては、高分子重合におけるゲル効果を利用するもの(例えば、特許文献2参照)や、屈折率の異なる層を物理的に積層していく方法(例えば、特許文献4参照)や、ポリマー中へのドーパントの熱拡散を利用する方法などが知られている(例えば、特許文献5参照)。Furthermore, for the purpose of increasing the communication speed, a refractive index distribution type (GI type) POF is known in which the refractive index changes continuously or stepwise from the center of the fiber in the radial direction.
In GI-type POF, a method of imparting a difference in refractive index is called a dopant, which is a method of doping a low molecule having a different refractive index and good compatibility with a polymer (see, for example, Patent Document 2), A method of changing the copolymer composition of monomers having different rates (for example, see Patent Document 3) is known. Among them, the former is superior from the viewpoint of maintaining the transparency of the light guide unit that determines the communicable distance.
Further, as a method for imparting a refractive index distribution, a method using a gel effect in polymer polymerization (for example, see Patent Document 2) or a method of physically laminating layers having different refractive indexes (for example, patents). Document 4) and a method using thermal diffusion of a dopant into a polymer are known (for example, see Patent Document 5).
これまで、高速通信用としては、PMMA系樹脂をコア部として用いたGI型POFが適当であると考えられていたが、以下の理由によりその採用が見送られていた。
PMMA系ファイバーの場合、一般的に650nmの波長をもつLED光源が使用されるが、ギガビットの高速通信に対応したLD光源では、寿命が短く宅内用として不十分である。一方、660〜680nm程度のVCSEL光源では、寿命は持つと考えられるが、これらの波長領域におけるPMMA系GI型POFの伝送損失は、およそ200〜330dB/km(例えば、特許文献2参照)であって、長波長になるにつれて、急に損失が大きくなる範囲であり、PMMAの吸湿による損失悪化を考慮すると、宅内用途として要求される通信距離30m以上、とりわけ50m以上では使用することができない。Until now, GI-type POF using PMMA-based resin as a core portion was considered suitable for high-speed communication, but its adoption was postponed for the following reasons.
In the case of a PMMA fiber, an LED light source having a wavelength of 650 nm is generally used. However, an LD light source compatible with gigabit high-speed communication has a short life and is insufficient for home use. On the other hand, a VCSEL light source of about 660 to 680 nm is considered to have a lifetime, but the transmission loss of the PMMA GI POF in these wavelength regions is about 200 to 330 dB / km (for example, see Patent Document 2). Thus, as the wavelength becomes longer, the loss suddenly increases. Considering the loss of PMMA due to moisture absorption, it cannot be used at a communication distance of 30 m or more, particularly 50 m or more required for home use.
一方、他素材により高速通信の達成が可能なPOFが知られており、その例として、MMA分子構造中の水素原子を、部分的にあるいは全て重水素原子に置換し、C−H結合の伸縮運動に起因する吸収波長域を長波長シフトさせ、実質上、上記の波長域で低損失を達成したもの(例えば、特許文献2参照)や、ポリマー分子構造中の水素原子をすべてフッ素原子に置換することによって伝送損失を大幅に低減したGI型POF(例えば、特許文献6参照)等が挙げられる。
しかし、これらのPOFは、高速通信光ファイバーとなりうるものの、原料モノマーのコストが高く、PMMAに比べ高価となるため、屋内、中でも家庭等の宅内における通信伝送用への導入又は普及はなかなか難しいと考えられる。
また、ポリマー分子構造中の水素原子を部分的にフッ素原子に置換した、例えば、ポリテトラフルオロエチルメタクリレート(以下、「P4FMA」と略称することがある。)を素材としたGI−POFは、透明性と耐湿性に優れ、且つ安価ではあるが、P4FMAのガラス転移温度(Tg)が約75℃と低く、ドーパントを添加した場合には、Tgがさらに下がるため、長期耐熱性が劣るという問題があり、それに対処するのが課題であった。On the other hand, POF capable of achieving high-speed communication with other materials is known. For example, hydrogen atoms in the MMA molecular structure are partially or entirely replaced with deuterium atoms, and C—H bond expansion and contraction is achieved. Absorption wavelength region caused by motion is shifted by a long wavelength, and substantially all of the hydrogen atoms in the polymer molecular structure are replaced with fluorine atoms that have achieved low loss in the above wavelength region (for example, see Patent Document 2). GI type POF (for example, refer to Patent Document 6) and the like in which transmission loss is greatly reduced by doing so.
However, although these POFs can be high-speed communication optical fibers, the cost of raw material monomers is high, and they are expensive compared to PMMA. Therefore, it is difficult to introduce or disseminate them for communication transmission indoors, especially in homes. It is done.
Moreover, GI-POF made of, for example, polytetrafluoroethyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as “P4FMA”) in which hydrogen atoms in the polymer molecular structure are partially substituted with fluorine atoms is transparent. Although the glass transition temperature (Tg) of P4FMA is as low as about 75 ° C., and the dopant is added, the Tg is further lowered, so that the long-term heat resistance is inferior. There was a challenge to deal with it.
また、光ファイバーを屋内、中でも宅内で配線する場合には、部屋の角部や、内壁から天井への折り返し、ドア周辺部に沿った引き回しなどにより、10mm程度の曲げ半径で合計数十回の曲げ箇所が必要となるため、曲げ部での伝送損失を抑える必要があるという課題があった。 In addition, when optical fibers are wired indoors, especially in homes, they are bent several tens of times with a bending radius of about 10 mm by folding them around the corners of the room, from the inner wall to the ceiling, or along the door periphery. Since a location is required, there is a problem that it is necessary to suppress transmission loss at the bent portion.
こうした状況下に、従来の屈折率分布型プラスチック光ファイバーの欠点を解消した、屋内、中でも宅内における光伝送リンクシステムを構築できる十分な光透過性能を有し、曲げたときの伝送損失が少なく、且つ高速通信可能な屈折率分布型プラスチック光ファイバーの開発が望まれている。 Under these circumstances, it has sufficient light transmission performance to eliminate the drawbacks of the conventional gradient index plastic optical fiber, and can construct an optical transmission link system indoors, especially in the home, with little transmission loss when bent, and Development of a gradient index plastic optical fiber capable of high-speed communication is desired.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、屋内、中でも宅内における光伝送リンクシステムを構築できる十分な光透過性能を有し、曲げたときの伝送損失が少なく、且つ高速通信可能な屈折率分布型プラスチック光ファイバーを提供することにある。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to have a sufficient light transmission performance for constructing an optical transmission link system indoors, especially in a home, with little transmission loss when bent, and capable of high-speed communication. The object is to provide a gradient index plastic optical fiber.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、コア部と該コア部の外周に配置されたクラッド部とからなる光ファイバーにおいて、コア部およびクラッド部を形成する主たる構成成分として、それぞれ2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(以下、「3FMA」と略称することがある。)とメチルメタクリレート(以下、「MMA」と略称することがある。)とを所定の割合で含む(共)重合体を選択したうえで、コア部では、その特定の共重合体に特定のドーパントを配合し、一方、クラッド部では、クラッド部を形成する重合体中の3FMAモノマーの含有割合を、コア部を形成する共重合体中の3FMAモノマーの含有割合よりも大きくなるように調整することにより、所望とする特性を有する屈折率分布型プラスチック光ファイバーが得られることを見出し、それらの知見により、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have formed a core part and a clad part in an optical fiber comprising a core part and a clad part arranged on the outer periphery of the core part. As components, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as “3FMA”) and methyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as “MMA”) are each in a predetermined ratio. In the core part, a specific dopant is blended with the specific copolymer, while the clad part contains the 3FMA monomer in the polymer forming the clad part. By adjusting the ratio to be larger than the content ratio of 3FMA monomer in the copolymer forming the core part, the refractive index component having desired characteristics can be obtained. Found that the type of plastic optical fibers can be obtained, by their findings, the present invention has been completed.
すなわち、本発明の第1の発明によれば、コア部および該コア部の外周に配置されたクラッド部からなる屈折率分布型プラスチック光ファイバー(GI型POF)であって、
前記コア部は、55〜95重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび5〜45重量%のメチルメタクリレートを含むモノマーの共重合体と、該共重合体よりも高い屈折率を有し、且つ該共重合体に対し相溶するドーパントを主たる構成成分としてなり、
前記クラッド部は、55超え〜100重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび0〜45重量%未満のメチルメタクリレートを含むモノマーの重合体を主たる構成成分としてなり、且つ、該重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合が前記コア部の共重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合より多いことを特徴とする光ファイバーが提供される。That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a gradient index plastic optical fiber (GI-type POF) comprising a core portion and a clad portion disposed on the outer periphery of the core portion,
The core has a copolymer of monomers containing 55 to 95% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 5 to 45% by weight of methyl methacrylate, and a higher refractive index than the copolymer. And a dopant compatible with the copolymer as a main constituent,
The clad part mainly comprises a polymer of a monomer containing 55 to 100% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 0 to less than 45% by weight of methyl methacrylate, and the polymer There is provided an optical fiber characterized in that the content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate is greater than the content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate in the copolymer of the core part.
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、前記コア部の共重合体と前記クラッド部の重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合の差が5〜25重量%であることを特徴とする光ファイバーが提供される。 According to the second invention of the present invention, in the first invention, there is a difference in the content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate in the copolymer of the core part and the polymer of the clad part. An optical fiber is provided that is 5 to 25% by weight.
また、本発明の第3の発明によれば、第1または2の発明において、前記コア部の共重合体は、80〜90重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび10〜20重量%のメチルメタクリレートを含み、一方、前記クラッド部の重合体は、90〜100重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび0〜10重量%のメチルメタクリレートを含むことを光ファイバーが提供される。 According to the third invention of the present invention, in the first or second invention, the copolymer of the core portion is 80 to 90% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 10 to 20%. The optical fiber provides that the polymer of the cladding contains 90% to 100% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 0 to 10% by weight of methyl methacrylate, while the polymer of the clad portion contains 90% by weight of methyl methacrylate. Is done.
また、本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、前記ドーパントが、ジベンゾチオフェンであることを特徴とする光ファイバーが提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber according to any one of the first to third aspects, wherein the dopant is dibenzothiophene.
また、本発明の第5の発明によれば、第1〜4のいずれかの発明において、前記クラッド部の外周がポリカーボネートを主成分とするプラスチックで被覆されていることを特徴とする光ファイバーが提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber according to any one of the first to fourth aspects, wherein the outer periphery of the clad is coated with a plastic whose main component is polycarbonate. Is done.
また、本発明の第6の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明に係る光ファイバーを用いてなる短距離用光伝送リンクシステムが提供される。 According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a short-distance optical transmission link system using the optical fiber according to any one of the first to fifth aspects.
また、本発明の第7の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明に係る光ファイバーを用いてなる屋内用光伝送リンクシステムが提供される。 According to the seventh aspect of the present invention, there is provided an indoor optical transmission link system using the optical fiber according to any one of the first to fifth aspects.
なお、本明細書中、コア部およびクラッド部とは、それぞれ、光ファイバーにおける光学的な意味でのコアおよびクラッド(例えばドーパントの存在の有無で弁別される材)に拘泥されるものではなく、コアを構成する主成分となる重合体により構成される層をコア部といい、クラッドを構成する主成分となる重合体により構成される層をクラッド部という。 In the present specification, the core part and the clad part are not limited to the core and clad in the optical sense of the optical fiber (for example, a material discriminated based on the presence or absence of a dopant), respectively. A layer composed of a polymer which is a main component constituting the core is referred to as a core portion, and a layer composed of a polymer which is the main component which constitutes a cladding is referred to as a cladding portion.
本発明の屈折率分布型プラスチック光ファイバーは、例えば屋内、中でも宅内における光伝送リンクシステムのような短距離用光伝送リンクシステムを構築できる十分な光透過性能を有し、曲げたときの伝送損失が少なく、且つ高速通信が可能である。 The refractive index distribution type plastic optical fiber of the present invention has sufficient light transmission performance to construct a short-distance optical transmission link system such as an optical transmission link system indoors, especially in a home, and has a transmission loss when bent. There are few and high-speed communication is possible.
本発明の光ファイバーは、コア部および該コア部の外周に配置されたクラッド部からなる屈折率分布型プラスチック光ファイバー(GI型POF)において、前記コア部は、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよびメチルメタクリレートを特定の割合で含むモノマーの共重合体(A)と、該共重合体よりも高い屈折率を有し、且つ該共重合体に対し相溶するドーパント(D)を主たる構成成分としてなり、一方、前記クラッド部は、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、或いはそれにメチルメタクリレートを特定の割合で含むモノマーの重合体(B)を主たる構成成分としてなり、且つ、該重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合が前記コア部の共重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合より多いことを特徴とする。
以下、本発明を項目毎に、詳細に説明する。The optical fiber of the present invention is a refractive index distribution type plastic optical fiber (GI type POF) comprising a core part and a clad part arranged on the outer periphery of the core part, wherein the core part is 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate. And a monomer copolymer (A) containing methyl methacrylate in a specific ratio and a dopant (D) having a higher refractive index than that of the copolymer and compatible with the copolymer. On the other hand, the clad portion is mainly composed of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, or a polymer (B) of a monomer containing methyl methacrylate in a specific ratio, and the polymer. The content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate in the copolymer of the core part is 2,2,2- Characterized in that more than the content ratio of Li fluoroalkyl methacrylate.
Hereinafter, the present invention will be described in detail for each item.
1.屈折率分布型プラスチック光ファイバー(GI型POF)
本発明のGI型POFは、コア部およびコア部の外周に配置されたクラッド部とから構成され、屈折率分布を有するグレーデッドインデックス(GI)型に分類される。ここで、屈折率分布とは、ファイバーの中心から半径方向に向かって屈折率が放物線に近い曲線でまたは一定幅で段階的に変化することを意味する。なかでも、中心から半径方向に向かって屈折率が低下しているものが好ましい。このような屈折率分布をもたせることにより、通信速度を向上させることができる。1. Gradient index plastic optical fiber (GI POF)
The GI POF of the present invention is composed of a core part and a clad part arranged on the outer periphery of the core part, and is classified into a graded index (GI) type having a refractive index distribution. Here, the refractive index distribution means that the refractive index changes in a stepwise manner with a constant curve or a curve close to a parabola in the radial direction from the center of the fiber. Among these, those having a refractive index that decreases in the radial direction from the center are preferable. By providing such a refractive index distribution, the communication speed can be improved.
また、ファイバーの中心から半径方向に向って、一旦屈折率が曲線的または段階的に低下した後、曲線的または段階的に増加してもよい。この場合、コア部とクラッド部の最外層とでは、コア部の屈折率の方がより高いことが好ましいが、クラッド部の最外層がコア部よりも屈折率が高くなってもよい。なお、クラッド部には、ドーパントが含有されていてもよい。 In addition, the refractive index may once decrease in a curvilinear or stepwise manner from the center of the fiber in the radial direction, and then increase in a curvilinear or stepwise manner. In this case, the core part and the outermost layer of the cladding part preferably have a higher refractive index of the core part, but the outermost layer of the cladding part may have a higher refractive index than the core part. The clad part may contain a dopant.
2.共重合体(A)および重合体(B)
本発明の光ファイバーのコア部を形成する共重合体(A)としては、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(3FMA)と、メチルメタクリレート(MMA)とを含むモノマーの共重合体が用いられる。それらの中でも、コモノマーとしてのMMAと3FMAとの共重合体が適している。2. Copolymer (A) and polymer (B)
As the copolymer (A) that forms the core of the optical fiber of the present invention, a monomer copolymer containing 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (3FMA) and methyl methacrylate (MMA) is used. . Among them, a copolymer of MMA and 3FMA as a comonomer is suitable.
一般に、共重合体は、重合時において、重合進行度(重合転化率)に伴って生成ポリマーの共重合組成が次第に変化し、その結果、重合の前期、後期で得られる共重合体の屈折率が異なるため、それらの混合体である生成ポリマーは散乱損失が大きくなる。
しかし、3FMAとMMAとの共重合の場合、そのモノマー反応性比は、3FMAについてr1=0.97、MMAについてr2=0.83であった。
モノマー反応性比とは、共重合におけるそれぞれのモノマーの反応性を表すものである。例えば、モノマー1とモノマー2による共重合を考えると、ある瞬間の成長ラジカル(ラジカル重合反応をし、成長している途中の1個のポリマー鎖であり、その末端にラジカルが存在しているもの)に着目すると、その末端はモノマー1あるいはモノマー2のラジカルである。その末端がモノマー1のラジカルである場合、さらにその末端に連続してモノマー1が反応して付加する時の反応速度定数をk11、モノマー2が反応して付加する時の反応速度定数をk12とすると、r1=k11/k12と定義される。成長ラジカルの末端がモノマー2である場合、同様にさらにその末端に連続してモノマー2が付加する時の反応速度定数をk22、モノマー1が反応して付加する時の反応速度定数をk21とすると、r2=k22/k21と定義される。r1とr2の組み合わせからどのような共重合組成となるか理論的に見積もることができる。これらの結果から、これらのモノマーでは、良好な共重合性を示し、ほぼ理想的なランダム共重合体が得られることが示された。
以上の理由から、3FMAとMMAとの共重合においては、任意の組成で重合を行っても上記のような散乱損失が非常に少ないと推測される。In general, during copolymerization, the copolymer composition of the resulting polymer gradually changes with the degree of polymerization (polymerization conversion rate), and as a result, the refractive index of the copolymer obtained in the first and second stages of polymerization. Therefore, the resulting polymer that is a mixture of them has a large scattering loss.
However, in the case of copolymerization of 3FMA and MMA, the monomer reactivity ratio was r 1 = 0.97 for 3FMA and r 2 = 0.83 for MMA.
The monomer reactivity ratio represents the reactivity of each monomer in copolymerization. For example, considering the copolymerization of monomer 1 and monomer 2, it is a radical that grows at a certain moment (one polymer chain that is undergoing radical polymerization and is growing, and has a radical at its end. ), The terminal is the radical of monomer 1 or monomer 2. When the terminal is a radical of monomer 1, k 11 is the reaction rate constant when monomer 1 is continuously reacted and added to the terminal, and k is the reaction rate constant when monomer 2 is added by reaction. If twelve , then r 1 = k 11 / k 12 is defined. When the terminal of the growing radical is the monomer 2, similarly, the reaction rate constant when the monomer 2 is continuously added to the terminal is k 22 and the reaction rate constant when the monomer 1 is reacted and added is k 21. Then, r 2 = k 22 / k 21 is defined. From the combination of r 1 and r 2 , it can be theoretically estimated what kind of copolymer composition is obtained. From these results, it was shown that these monomers exhibit good copolymerizability and an almost ideal random copolymer can be obtained.
For the above reasons, in the copolymerization of 3FMA and MMA, it is presumed that the above-mentioned scattering loss is very small even if polymerization is carried out with an arbitrary composition.
共重合体(A)における3FMAの含有割合は、重合体を構成する全モノマー当り、55〜95重量%、好ましくは80〜90重量%の範囲である。この範囲であると、660〜680nmの波長の伝送損失が低く、通信距離を伸ばすことができるので、好ましい。 The content ratio of 3FMA in the copolymer (A) is in the range of 55 to 95% by weight, preferably 80 to 90% by weight, based on all monomers constituting the polymer. This range is preferable because the transmission loss at a wavelength of 660 to 680 nm is low and the communication distance can be extended.
一方、本発明の光ファイバーのクラッド部を形成する重合体(B)としては、3FMA単独重合体、または、3FMAとMMAとを含むモノマーの共重合体が用いられる。
重合体(B)における3FMAの含有割合は、重合体を構成する全モノマー当り、55重量%超〜100重量%、好ましくは90〜100重量%の範囲である。この範囲であると、コア部よりも屈折率を低減させることができ、開口数(NA)を大きくでき、すなわち、曲げ損失を減少させることができるので、好ましい。On the other hand, as the polymer (B) forming the clad part of the optical fiber of the present invention, a 3FMA homopolymer or a monomer copolymer containing 3FMA and MMA is used.
The content ratio of 3FMA in the polymer (B) is in the range of more than 55 wt% to 100 wt%, preferably 90 to 100 wt%, based on all monomers constituting the polymer. Within this range, the refractive index can be reduced as compared with the core portion, and the numerical aperture (NA) can be increased, that is, the bending loss can be reduced, which is preferable.
本発明の光ファイバーにおいては、コア部の共重合体(A)とクラッド部の重合体(B)における3FMAの含有割合は、後者の含有割合が前者の含有割合よりも大きくすることが光ファイバーのバランスのとれた特性を確保する上で必要である。
両者における3FMAの含有割合の差は、好ましくは、5〜25重量%、より好ましくは、7〜15重量%であるのが望ましい。この差が5〜25重量%の場合には、コア部よりもクラッド部が低屈折率であるため、低い曲げ損失が得られるし、また、この差が7〜15重量%の場合には、コア部に比べクラッド部の屈折率を適度に低減させることができ、低い曲げ損失と広帯域を両立することができる。In the optical fiber of the present invention, the content ratio of 3FMA in the core copolymer (A) and the clad polymer (B) is such that the latter content ratio is larger than the former content ratio. It is necessary to ensure excellent characteristics.
The difference in the content ratio of 3FMA between the two is preferably 5 to 25% by weight, and more preferably 7 to 15% by weight. When this difference is 5 to 25% by weight, the cladding part has a lower refractive index than the core part, so that a low bending loss is obtained, and when this difference is 7 to 15% by weight, The refractive index of the clad part can be appropriately reduced as compared with the core part, and both a low bending loss and a wide band can be achieved.
本発明の光ファイバーのコア部およびクラッド部を構成する重合体は、当該分野で公知の方法によって製造することができる。例えば、重合体を構成するモノマーの混合物を、溶液重合、塊状重合、乳化重合または懸濁重合等に付す方法などが挙げられ、なかでも、異物、不純物の混入を防ぐという観点から、塊状重合法が好ましい。
この際の重合温度は、特に限定されず、例えば、80〜150℃である。反応時間は、モノマーの量、種類、後述する重合開始剤、連鎖移動剤等の量、反応温度等に応じて適宜調整することができ、例えば、20〜60時間である。
なお、これらの重合体は、後述するコア部および/またはクラッド部を成形する際に、同時にまたは連続して製造してもよい。The polymer constituting the core part and the clad part of the optical fiber of the present invention can be produced by a method known in the art. For example, a method of subjecting a mixture of monomers constituting the polymer to solution polymerization, bulk polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization or the like can be mentioned. From the viewpoint of preventing foreign matters and impurities from being mixed, the bulk polymerization method. Is preferred.
The polymerization temperature at this time is not particularly limited, and is, for example, 80 to 150 ° C. The reaction time can be appropriately adjusted according to the amount and type of monomer, the amount of polymerization initiator and chain transfer agent described later, the reaction temperature, and the like, and is, for example, 20 to 60 hours.
In addition, you may manufacture these polymers simultaneously or continuously, when shape | molding the core part and / or clad part which are mentioned later.
コア部および/またはクラッド部を構成する重合体は、上述した3FMA,MMA以外に、他のモノマー成分を用いないことが好ましいが、得られる光ファイバーの特性を損なわない範囲で、さらに重合性モノマー等を含有していてもよい。
この重合性モノマーとしては、例えば、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル等の(メタ)アクリル酸エステル系化合物;スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系化合物;ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニルフェニルアセテート、ビニルクロロアセテート等のビニルエステル類;N−シクロヘキシルマレイミド、N―n−ブチルマレイミド、N―tert−ブチルマレイミド、N―イソプロピルマレイミド、N―フェニルマレイミド等のマレイミド類;これらモノマーの重水素置換物等が挙げられる。The polymer constituting the core part and / or the clad part preferably does not use any other monomer component in addition to the above-mentioned 3FMA and MMA. May be contained.
Examples of the polymerizable monomer include (meth) acrylic such as ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, and n-butyl acrylate. Acid ester compounds; styrene compounds such as styrene, α-methylstyrene, chlorostyrene, bromostyrene; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl benzoate, vinyl phenyl acetate, vinyl chloroacetate; N-cyclohexylmaleimide, Nn -Maleimides such as butylmaleimide, N-tert-butylmaleimide, N-isopropylmaleimide, N-phenylmaleimide; and deuterium substitutions of these monomers.
重合体を製造する際、重合開始剤および/または連鎖移動剤を使用することが好ましい。
重合開始剤としては、通常のラジカル開始剤、例えば、過酸化ベンゾイル(BPO)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート(PBO)、ジ−t−ブチルパーオキシド(PBD)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(PBI)、n−ブチル4,4,ビス(t−ブチルパーオキシ)バラレート(PHV)などのパーオキサイド系化合物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’―アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、2,2’−アゾビス(2−メチルブタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2,3−ジメチルブタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルヘキサン)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2,3,3−トリメチルブタン)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−メチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−メチルヘキサン)、3,3’−アゾビス(3,4−ジメチルペンタン)、3,3’−アゾビス(3−エチルペンタン)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジエチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジ−t−ブチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などのアゾ系化合物等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
重合開始剤は、全モノマーに対して0.01〜2重量%程度で用いることが適している。In producing the polymer, it is preferable to use a polymerization initiator and / or a chain transfer agent.
Examples of the polymerization initiator include ordinary radical initiators such as benzoyl peroxide (BPO), t-butylperoxy-2-ethylhexanate (PBO), di-t-butyl peroxide (PBD), and t-butyl. Peroxide compounds such as peroxyisopropyl carbonate (PBI) and n-butyl 4,4, bis (t-butylperoxy) valerate (PHV); 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2 ′ -Azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2'-azobis (2-methylpropane), 2,2'-azobis (2-methylbutane) 2,2′-azobis (2-methylpentane), 2,2′-azobis (2,3-dimethylbutane), 2,2′-azobis (2-methylhexane) 2,2′-azobis (2,4-dimethylpentane), 2,2′-azobis (2,3,3-trimethylbutane), 2,2′-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 3,3′-azobis (3-methylpentane), 3,3′-azobis (3-methylhexane), 3,3′-azobis (3,4-dimethylpentane), 3,3′-azobis (3- Ethylpentane), dimethyl-2,2'-azobis (2-methylpropionate), diethyl-2,2'-azobis (2-methylpropionate), di-t-butyl-2,2'-azobis And azo compounds such as (2-methylpropionate). These may be used alone or in combination of two or more.
The polymerization initiator is suitably used at about 0.01 to 2% by weight based on the total monomers.
連鎖移動剤としては、特に限定されることなく、公知のもの、例えば、アルキルメルカプタン類(n−ブチルメルカプタン、n−ペンチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン等)、チオフェノール類(チオフェノール、m−ブロモチオフェノール、p−ブロモチオフェノール、m−トルエンチオール、p−トルエンチオール等)等が挙げられ、なかでも、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン等のアルキルメルカプタンが好適に用いられる。また、C−H結合の水素原子が重水素原子またはフッ素原子で置換された連鎖移動剤を用いてもよい。これらは、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。 The chain transfer agent is not particularly limited, and known ones such as alkyl mercaptans (n-butyl mercaptan, n-pentyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-lauryl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, etc.), And thiophenols (thiophenol, m-bromothiophenol, p-bromothiophenol, m-toluenethiol, p-toluenethiol, etc.), among others, n-butyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n- Alkyl mercaptans such as lauryl mercaptan and t-dodecyl mercaptan are preferably used. A chain transfer agent in which the hydrogen atom of the C—H bond is substituted with a deuterium atom or a fluorine atom may be used. These may be used alone or in combination of two or more.
連鎖移動剤は、通常、成形上および物性上、適当な分子量に調整するために用いられ、モノマーの種類等に応じて、適宜、その種類および添加量を調整するのが好ましい。
各モノマーに対する連鎖移動剤の連鎖移動定数は、例えば、ポリマーハンドブック第3版(J.BRANDRUPおよびE.H.IMMERGUT編、JOHN WILEY&SON発行)「高分子合成の実験法」(大津隆行、木下雅悦共著、化学同人、昭和47年刊)等を参考にして、実験によって求めることができ、連鎖移動定数を考慮して、モノマーの種類等に応じて、適宜、連鎖移動剤の種類および添加量を調整するのが好ましく、例えば、添加量を全モノマーに対して0.1〜4重量%とすることができる。The chain transfer agent is usually used for adjusting to an appropriate molecular weight in terms of molding and physical properties, and it is preferable to appropriately adjust the type and addition amount according to the type of monomer.
The chain transfer constant of the chain transfer agent for each monomer is, for example, Polymer Handbook 3rd edition (edited by J. BRANDRUP and EH IMMERGUT, published by JOHN WILEY & SON) “Experimental Method for Polymer Synthesis” (Takayuki Otsu, Masami Kinoshita Co-authored, Chemistry Dojin, published in 1972), etc., can be obtained by experiments, and the chain transfer agent type and amount added are adjusted as appropriate according to the type of monomer, taking into account the chain transfer constant For example, the addition amount can be 0.1 to 4% by weight based on the total monomers.
コア部および/またはクラッド部を構成する重合体は、重量平均分子量が、5〜30万の範囲のものが適しており、さらには10〜25万の範囲のものが適当な可撓性、透明性等を確保するために好ましい。重量平均分子量は、例えば、重合体のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定されたポリスチレン換算の値を指す。 The polymer constituting the core part and / or the clad part is preferably a polymer having a weight average molecular weight in the range of 5 to 300,000, and more preferably in the range of 10 to 250,000. It is preferable for securing the properties and the like. A weight average molecular weight points out the value of polystyrene conversion measured by GPC (gel permeation chromatography) of a polymer, for example.
3.ドーパント(D)
本発明の光ファイバーにおいて、コア部はドーパント(D)を含む。ドーパントは、コア部を構成する共重合体の屈折率よりも高い屈折率をもつ化合物であり、且つ該共重合体と相溶するものが適しており、そのようなものを用いることにより、コア部の濁りを生じさせず、散乱損失を極力抑え、通信できる距離を増大させることができる。3. Dopant (D)
In the optical fiber of the present invention, the core portion contains a dopant (D). The dopant is a compound having a refractive index higher than the refractive index of the copolymer constituting the core part, and is compatible with the copolymer, and by using such a compound, the core is used. Therefore, the scattering loss can be suppressed as much as possible, and the communicable distance can be increased.
ドーパント(D)としては、ジベンゾチオフェン(以下、「DBT」ともいう。)が適している。DBTを用いることにより、ドーパントの可塑化効果によるコア部のガラス転移温度(以下、Tgともいう)の低下を抑えることができる。ドーパントとしては他種を用いないのが好ましいが、得られるコア部のTg、および光ファイバーの緒特性を損なわない範囲で、他種を1種、もしくは2種以上併用してもよい。 As the dopant (D), dibenzothiophene (hereinafter also referred to as “DBT”) is suitable. By using DBT, it is possible to suppress a decrease in the glass transition temperature (hereinafter also referred to as Tg) of the core due to the plasticizing effect of the dopant. As the dopant, it is preferable not to use other types, but one type or two or more types may be used in combination as long as the Tg of the obtained core part and the optical fiber characteristics are not impaired.
他種ドーパントとしては、所定低分子化合物または該化合物中に存在する水素原子を重水素原子に置換した化合物等が挙げられる。所定低分子化合物としては、ジフェニルスルホンおよびジフェニルスルホン誘導体(例えば、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’,4,4’−テトラクロロジフェニルスルホン等の塩化ジフェニルスルホン)、ジフェニルスルフィド(DPS)、ジフェニルスルホキシド、ジチアン誘導体等の硫黄化合物;リン酸トリフェニル(TPP)、リン酸トリクレジル(TCP)等のリン酸化合物;9−ブロモフェナントレン(BPT);安息香酸ベンジル;フタル酸ベンジルn−ブチル;フタル酸ジフェニル(DPP);ビフェニル(DP);ジフェニルメタン(DPM)等が挙げられる。なかでも、ジフェニルスルフィド(DPS)、リン酸トリフェニル(TPP)、9−ブロモフェナントレン(BPT)が好ましい。 Examples of the other kind of dopant include a predetermined low molecular weight compound or a compound in which a hydrogen atom present in the compound is substituted with a deuterium atom. Examples of the predetermined low molecular weight compound include diphenyl sulfone and diphenyl sulfone derivatives (for example, diphenyl sulfone such as 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone and 3,3 ′, 4,4′-tetrachlorodiphenyl sulfone), diphenyl sulfide (DPS). ), Sulfur compounds such as diphenyl sulfoxide and dithiane derivatives; phosphate compounds such as triphenyl phosphate (TPP) and tricresyl phosphate (TCP); 9-bromophenanthrene (BPT); benzyl benzoate; benzyl n-butyl phthalate Diphenyl phthalate (DPP); biphenyl (DP); diphenylmethane (DPM) and the like. Of these, diphenyl sulfide (DPS), triphenyl phosphate (TPP), and 9-bromophenanthrene (BPT) are preferable.
コア部におけるドーパントの添加量は、特に限定されないが、コア部を構成する共重合体の組成、意図する屈折率、用いるクラッド部を構成する重合体の組成、用いるドーパントの種類等によって適宜調整することができ、例えば、コア部100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは1〜5重量部である。ドーパント量をこの範囲とすることにより、コア部の屈折率を好適な値に調整することができ、且つ、コア部を構成する共重合体と相溶することができる。 The addition amount of the dopant in the core part is not particularly limited, but is appropriately adjusted depending on the composition of the copolymer constituting the core part, the intended refractive index, the composition of the polymer constituting the clad part to be used, the kind of dopant to be used, etc. For example, it is 0.1-10 weight part with respect to 100 weight part of core parts, Preferably it is 1-5 weight part. By setting the amount of dopant within this range, the refractive index of the core part can be adjusted to a suitable value, and can be compatible with the copolymer constituting the core part.
4.その他の配合剤
本発明の光ファイバーを構成する重合体には、光ファイバーとしての透明性、耐熱性等の性能を損なわない範囲で、必要に応じて、配合剤、例えば、熱安定化助剤、加工助剤、耐熱向上剤、酸化防止剤、光安定剤等を配合してもよい。これらは、それぞれ、単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。4). Other compounding agents In the polymer constituting the optical fiber of the present invention, compounding agents, for example, heat stabilization aids, processing, and the like, as long as the optical fiber transparency and heat resistance are not impaired. Auxiliaries, heat resistance improvers, antioxidants, light stabilizers and the like may be blended. These can be used alone or in combination of two or more.
耐熱向上剤としては、例えば、α−メチルスチレン系、N−フェニルマレイミド系等のものが挙げられる。酸化防止剤としては、例えば、フェノール系抗酸化剤等が挙げられる。
光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系のもの等が挙げられる。
これらの配合物とモノマーまたは重合体とを混合する方法は、例えば、ホットブレンド法、コールドブレンド法、溶液混合法等が挙げられる。Examples of the heat resistance improver include α-methylstyrene-based, N-phenylmaleimide-based, and the like. Examples of the antioxidant include phenolic antioxidants.
Examples of light stabilizers include hindered amines.
Examples of the method of mixing these blends with the monomer or polymer include a hot blend method, a cold blend method, and a solution mixing method.
5.GI型POFの製法および用途等
本発明の光ファイバーを製造する方法としては、特に限定されず、当該分野で公知の方法を利用することができる。例えば、1層または2層以上のコア部の外周に1層または2層以上のクラッド部を形成するために、界面ゲル重合法、回転重合、溶融押出ドーパント拡散法、複合溶融紡糸およびロッドインチューブ法等を利用することができる。また、予めプリフォームを形成し、延伸、線引き等を行ってもよいが、上述した方法によって、直接ファイバーを形成してもよい。5). Production method and use of GI-type POF The method for producing the optical fiber of the present invention is not particularly limited, and methods known in the art can be used. For example, interfacial gel polymerization, rotational polymerization, melt extrusion dopant diffusion, composite melt spinning, and rod-in-tube to form one or two or more cladding portions on the outer periphery of one or more core portions Laws can be used. Further, a preform may be formed in advance, and drawing, drawing, and the like may be performed. However, a fiber may be directly formed by the method described above.
具体的には、中空状のクラッド部を作製し、このクラッド部の中空部にコア部を作製する方法が挙げられる。この場合、コア部を構成するモノマーをクラッド部の中空部に導入し、クラッド部を回転させながら重合体を重合して、クラッド部より高い屈折率を有するコア部を形成する。この操作を1回のみ行って、1層のコア部を形成してもよいし、この操作を繰り返すことにより、複数層からなるコア部を形成してもよい。 Specifically, there is a method in which a hollow clad part is produced and a core part is produced in the hollow part of the clad part. In this case, the monomer constituting the core part is introduced into the hollow part of the cladding part, and the polymer is polymerized while rotating the cladding part to form a core part having a higher refractive index than the cladding part. This operation may be performed only once to form a single-layer core portion, or a multi-layer core portion may be formed by repeating this operation.
用いる重合容器は、ガラス、プラスチックまたは金属性の円筒管形状の容器(チューブ)で、回転による遠心力などの外力に耐え得る機械的強度および加熱重合時の耐熱性を有するものが利用できる。
重合時の重合容器の回転速度は、500〜3000rpm程度が例示される。
通常、モノマーをフィルターにより濾過して、モノマー中に含まれる塵埃を除去してから、重合容器内に導入することが好ましい。As the polymerization vessel to be used, a glass, plastic or metallic cylindrical tube-shaped vessel (tube) having mechanical strength capable of withstanding external force such as centrifugal force due to rotation and heat resistance during heat polymerization can be used.
The rotation speed of the polymerization vessel at the time of polymerization is exemplified by about 500 to 3000 rpm.
Usually, it is preferable to introduce the monomer into the polymerization vessel after filtering the monomer through a filter to remove dust contained in the monomer.
さらに、2台以上の溶融押出機と2層以上の多層ダイおよび多層用紡糸ノズルを用いて、コア部およびクラッド部を形成する方法であってもよい。
つまり、コア部およびクラッド部を構成する重合体等を、それぞれ加熱溶融させ、個々の流路から多層ダイおよび多層用紡糸ノズルへ注入する。このダイおよびノズルでコア部を押出成形すると同時に、その外周に1層または2層以上の同心円状のクラッド部を押出し、溶着一体化させることでファイバーまたはプリフォームを形成することができる。Furthermore, the method of forming a core part and a clad part using two or more melt extruders, two or more multilayer dies and a multilayer spinning nozzle may be used.
That is, the polymer and the like constituting the core part and the clad part are heated and melted, and injected from the individual flow paths to the multilayer die and the multilayer spinning nozzle. A core or a preform can be formed by extruding one or two or more concentric clad portions on the outer periphery of the core and extruding and integrating them with the die and nozzle.
なお、光ファイバーにおいてGI型の屈折率分布を付与するには、例えば、WO93/08488号に記載されるように、モノマー組成比を一定にし、ドーパントを加えて、重合体の界面でモノマーを塊状重合させ、その反応によってドーパントの濃度分布を付与する界面ゲル重合、または、その界面ゲル重合の反応機構を回転重合法で行う回転ゲル重合法、および屈折率の異なるモノマー仕込み組成比率を漸進的に変化させ、つまり、前層の重合率を制御(重合率を低く)し、より高屈折率になる次層を重合し、クラッド部との界面から中心部まで、屈折率分布が漸進的に増加するように、回転重合を行うなどの方法が例示される。
また、2台以上の溶融押出機と2層以上の多層ダイおよび多層用紡糸ノズルを用いて、コア部およびクラッド部を形成したのち、引続いて設けられた熱処理ゾーンでドーパントを周辺部または中心部に向かって拡散させ、ドーパントの濃度分布を付与する溶融押出ドーパント拡散法、2台以上の溶融押出機にそれぞれドーパント量を変えた重合体等を導入して、多層構造でコア部および/またはクラッド部を押出成形する方法などが例示される。In order to provide a GI-type refractive index distribution in an optical fiber, for example, as described in WO 93/08488, the monomer composition ratio is made constant, a dopant is added, and the monomer is bulk polymerized at the interface of the polymer. Interfacial gel polymerization that gives the dopant concentration distribution by the reaction, or the rotational gel polymerization method in which the reaction mechanism of the interfacial gel polymerization is the rotational polymerization method, and the monomer charge composition ratio with different refractive index is gradually changed In other words, the polymerization rate of the previous layer is controlled (low polymerization rate), the next layer with a higher refractive index is polymerized, and the refractive index distribution gradually increases from the interface with the cladding to the center. Thus, a method such as carrying out rotational polymerization is exemplified.
In addition, after forming the core part and the clad part using two or more melt extruders, two or more layers of multi-layer dies and a multi-layer spinning nozzle, the dopant may be peripherally or centered in the heat treatment zone provided subsequently. A melt-extrusion dopant diffusion method in which a dopant concentration distribution is given by diffusion toward the part, a polymer having a different amount of dopant introduced into two or more melt extruders, and a core part and / or a multilayer structure. A method of extruding the clad part is exemplified.
上述した方法等によって光ファイバーのプリフォームを形成した場合、このプリフォームを溶融延伸することにより、プラスチック光ファイバーを作製することができる。溶融延伸法としては、例えば、プリフォームを、加熱炉等の内部を通過させることによって加熱し、溶融させた後、延伸紡糸する方法等が挙げられる。加熱温度は、プリフォームの材質等に応じて適宜決定することができ、例えば、180〜250℃程度である。延伸条件(延伸温度等)は、得られたプリフォームの径、所望の光ファイバーの径および用いた材料等を考慮して、適宜調整することができる。
なお、コア部を回転ゲル重合法、回転重合法で作製した場合は、中心部が中空となっているので、延伸時にプリフォームを上部から減圧しながら延伸するのが好ましい。When an optical fiber preform is formed by the above-described method or the like, a plastic optical fiber can be produced by melt-drawing the preform. Examples of the melt drawing method include a method in which a preform is heated by passing through an interior of a heating furnace or the like, melted, and then drawn and spun. The heating temperature can be appropriately determined according to the material of the preform, and is, for example, about 180 to 250 ° C. The stretching conditions (stretching temperature and the like) can be appropriately adjusted in consideration of the diameter of the preform obtained, the diameter of the desired optical fiber, the material used, and the like.
In addition, when the core part is produced by a rotational gel polymerization method or a rotational polymerization method, since the center part is hollow, it is preferable to stretch the preform while decompressing from the top during stretching.
また、任意の段階で、熱処理を行ってもよい。この熱処理によって、ドーパントを光ファイバーまたはプリフォームの周辺部または中心部に向かって拡散させることができる。この際の条件(例えば、温度、時間、圧力、雰囲気組成等)は、任意に調節することが好ましい。 Further, heat treatment may be performed at an arbitrary stage. This heat treatment allows the dopant to diffuse toward the periphery or center of the optical fiber or preform. The conditions (for example, temperature, time, pressure, atmosphere composition, etc.) at this time are preferably adjusted arbitrarily.
本発明の光ファイバーは、コア部およびクラッド部からなる形態で適用することができるが、住環境における最も高い温度である60℃環境下で、経時的に光ファイバーが収縮し、マイクロベンディングにより伝送損失が悪化することがあるので、クラッド部の外周をビカット軟化温度が90℃以上の樹脂で被覆することが好ましい。
この被覆材(以下、「オーバークラッド材」と略称することがある。)としては、ビカット軟化温度が90℃以上であれば特に限定されず、ポリカーボネート樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられるが、機械強度特性に優れ、且つクラッド部と十分な密着性が得られるポリカーボネート樹脂が適している。特に、耐薬品性、流動性に優れる点で、ポリエステルと複合された変性ポリカーボネートが好ましい。オーバークラッド材の被覆層の厚みは特に限定されないが、50μm以上500μm以下が、住宅内での長期耐熱性に優れ、且つ柔軟性等の光ファイバーに必要な物性を満足できるので好ましい。本明細書中、オーバークラッド材の被覆層を含めて光ファイバーという。The optical fiber of the present invention can be applied in the form of a core part and a clad part. However, the optical fiber contracts with time in the environment of 60 ° C., which is the highest temperature in the living environment, and transmission loss is caused by microbending. Since it may deteriorate, it is preferable to coat the outer periphery of the clad portion with a resin having a Vicat softening temperature of 90 ° C. or higher.
The covering material (hereinafter may be abbreviated as “over clad material”) is not particularly limited as long as the Vicat softening temperature is 90 ° C. or higher, and polycarbonate resin, methacrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, nylon Examples of the resin include a polyester resin and a polycarbonate resin, which are excellent in mechanical strength characteristics and can provide sufficient adhesion to the clad portion. In particular, a modified polycarbonate combined with polyester is preferable in terms of excellent chemical resistance and fluidity. The thickness of the over clad coating layer is not particularly limited, but is preferably 50 μm or more and 500 μm or less because it is excellent in long-term heat resistance in a house and satisfies the physical properties necessary for an optical fiber such as flexibility. In this specification, an optical fiber including a coating layer of an overclad material is referred to.
本発明の光ファイバーは、そのままの形態で適用することができる。また、その外周を1つまたは複数の樹脂層、繊維層、金属線等で被覆することおよび/または複数のファイバーを束ねることにより、光ファイバーケーブル等の種々の用途に適用することができる。
光ファイバーを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、光ファイバーケーブル等に必要な、強度、難燃性、柔軟性、耐薬品性、耐熱性等を満足するもの、例えば、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩ビ−エチレン―酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体等を主成分とするもの等が好ましい。また、これら樹脂に上述した添加剤を添加した組成物を用いたものであってもよい。
光ファイバーを被覆する繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等が挙げられる。
光ファイバーを被覆する金属線としては、例えば、ステンレス線、亜鉛合金線、銅線等が挙げられる。
光ファイバーの外周に樹脂を被覆する方法としては、特に限定されず、例えば光ファイバー成形後に表層に被覆押出する方法等が挙げられる。The optical fiber of the present invention can be applied as it is. Moreover, it can apply to various uses, such as an optical fiber cable, by coat | covering the outer periphery with a 1 or several resin layer, a fiber layer, a metal wire, and / or bundling a some fiber.
The resin for coating the optical fiber is not particularly limited, but satisfies the strength, flame retardancy, flexibility, chemical resistance, heat resistance, etc. required for the optical fiber cable, for example, vinyl chloride resin, chlorinated chloride. Vinyl resin, chlorinated polyethylene resin, polyethylene resin, acrylic resin, fluororesin, polycarbonate resin, nylon resin, polyester resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-ethylene-vinyl acetate copolymer Preferred are those composed mainly of a coalescence, vinyl acetate-vinyl chloride copolymer and the like. Moreover, what used the composition which added the additive mentioned above to these resin may be used.
Examples of the fiber covering the optical fiber include aramid fiber, polyester fiber, polyamide fiber, and the like.
Examples of the metal wire covering the optical fiber include stainless steel wire, zinc alloy wire, copper wire, and the like.
The method of coating the resin on the outer periphery of the optical fiber is not particularly limited, and examples thereof include a method of coating and extruding the surface layer after forming the optical fiber.
光ファイバーを用いたケーブルは、端部に接続用光プラグを用いてジャック部に確実に固定することが好ましい。プラグおよびジャックにより構成されるコネクタとしては、PN型、SMA型、SMI型、F05型、MU型、FC型、SC型などの市販の各種コネクタを利用することが可能である。また、光ファイバーを用いたケーブルの端部に接続用プラグは用いず、メディアコンバーター等の接続機器側にOptoLock(商品名、Firecomms社製)等のプラグレスコネクタを取り付け、切り放したケーブルを差し込んで接続することも可能である。 It is preferable that the cable using the optical fiber is securely fixed to the jack portion using a connecting optical plug at the end. As the connector constituted by a plug and a jack, various commercially available connectors such as PN type, SMA type, SMI type, F05 type, MU type, FC type, and SC type can be used. In addition, a plug for connection is not used at the end of the cable using an optical fiber, but a plugless connector such as OptoLock (trade name, manufactured by Firecoms) is attached to the connection device side such as a media converter, and the disconnected cable is inserted and connected. It is also possible to do.
以下、本発明を実施例によって、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例、比較例で用いた評価方法は、以下の通りである。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the evaluation method used by the Example and the comparative example is as follows.
1.光ファイバー試料の測定・評価方法
(1)伝送損失:
カットバック法を用いて665nmでの伝送損失を測定した。
(2)伝送帯域:
30mのファイバーについて、コア径50μmの石英マルチモードファイバーによる限定モード励振で650nmでの伝送帯域を測定した。
(3)長期耐熱性:
60℃、3000時間ファイバーをオーブンに静置した後の伝送損失を測定した。
(4)曲げ損失:
自然に静置した状態に対する、曲げ半径R10で180°曲げた状態での665nm光の損失増加を測定した。損失増加の測定はJIS 6823に準拠した。
(5)巻き付け試験:
直径10mm、もしくは20mmのロッドに光ファイバーを5回巻き付けた後、解除後の損失増加(巻き付け前に対する解除後の損失増加)を測定し、以下のとおり評価した。
○:損失増加が0.2dB以下である。
破断:解除後、全く測定光が透過しない。1. Measurement and evaluation method for optical fiber samples (1) Transmission loss:
Transmission loss at 665 nm was measured using the cutback method.
(2) Transmission band:
For a 30 m fiber, the transmission band at 650 nm was measured by limited mode excitation with a quartz multimode fiber having a core diameter of 50 μm.
(3) Long-term heat resistance:
The transmission loss after leaving the fiber in an oven at 60 ° C. for 3000 hours was measured.
(4) Bending loss:
The increase in the loss of 665 nm light in a state bent 180 ° with a bending radius R10 with respect to the naturally standing state was measured. The loss increase was measured according to JIS 6823.
(5) Winding test:
After winding an optical fiber around a rod having a diameter of 10 mm or 20 mm five times, an increase in loss after release (loss increase after release relative to that before winding) was measured and evaluated as follows.
○: Loss increase is 0.2 dB or less.
Break: No measurement light passes through after release.
[実施例1]
3FMA80重量部、MMA20重量部およびドーパントとしてのDBT3重量部の混合物に、重合開始剤としてのジt−ブチルパーオキサイドおよび連鎖移動剤としてのn−ラウリルメルカプタンを、これらを含め樹脂原料組成物全量当りそれぞれ0.03重量%および0.2重量%となるように添加して樹脂原料組成物を調製した。この樹脂原料組成物を重合容器に入れ、重合容器の温度を110℃に維持しながら、40時間かけて重合させて、コア部材ロッド(外径30mm)を得た。[Example 1]
Into a mixture of 80 parts by weight of 3FMA, 20 parts by weight of MMA and 3 parts by weight of DBT as a dopant, di-t-butyl peroxide as a polymerization initiator and n-lauryl mercaptan as a chain transfer agent are added to the total amount of the resin raw material composition. A resin raw material composition was prepared by adding 0.03% by weight and 0.2% by weight, respectively. This resin raw material composition was put in a polymerization vessel, and polymerized over 40 hours while maintaining the temperature of the polymerization vessel at 110 ° C. to obtain a core member rod (outer diameter 30 mm).
また、3FMA90重量部およびMMA10重量部の混合物に、重合開始剤としてのジt−ブチルパーオキサイドおよび連鎖移動剤としてのn−ラウリルメルカプタンを、これらを含め樹脂原料組成物全量当りそれぞれ0.03重量%および0.2重量%となるように添加して樹脂原料組成物を調製した。この樹脂原料組成物を重合容器に入れ、重合容器の温度を110℃に維持しながら、40時間かけて重合させて、クラッド部材ロッド(外径30mm)を得た。 Further, di-t-butyl peroxide as a polymerization initiator and n-lauryl mercaptan as a chain transfer agent in a mixture of 90 parts by weight of 3FMA and 10 parts by weight of MMA were each 0.03 weight per total amount of the resin raw material composition including these. % And 0.2% by weight were added to prepare a resin raw material composition. This resin raw material composition was put into a polymerization vessel and polymerized over 40 hours while maintaining the temperature of the polymerization vessel at 110 ° C. to obtain a clad member rod (outer diameter 30 mm).
得られたコア部材ロッドとクラッド部材ロッドを、別々の押出成形機とそれらに連結された2層金型とを用いて、コア部、クラッド部の積層複層状となし、さらに加熱流路に一定時間通すことで、コア部に含有されるドーパントをクラッド部へ拡散させた。さらに、もう一台の押出成形機により、オーバークラッド材であるXYLEX X7300CL[製品名、SABIC Innovative Plastics社製、ポリエステル複合ポリカーボネート(ビカット軟化温度108℃)](以下、「PC」ともいう。)を溶融し、2層金型を用いて、上記のコア部、クラッド部溶融物の通る流路と合流させることで最外周へ被覆させた。金型出口より吐出される溶融樹脂を引き取り、コア部径、クラッド部径およびファイバー外径が、それぞれ、200μm、280μm、および750μmであるGI型POFを得た。該光ファイバー試料について、所定の特性を測定するとともに、評価試験を行った。その結果を表1に示す。 The obtained core member rod and clad member rod are formed into a multilayered structure of the core part and the clad part by using separate extruders and a two-layer mold connected to them, and the heating channel is constant. Through the passage of time, the dopant contained in the core portion was diffused into the cladding portion. Further, XYLEX X7300CL [product name, manufactured by SABIC Innovative Plastics, polyester composite polycarbonate (Vicat softening temperature 108 ° C.)] (hereinafter also referred to as “PC”), which is an over clad material, is obtained by another extruder. It melt | dissolved and it was made to coat | cover to the outermost periphery by making it merge with the flow path along which said core part and clad | crud part melt | dissolution passes using a 2 layer metal mold | die. The molten resin discharged from the mold outlet was taken to obtain a GI POF having a core part diameter, a cladding part diameter, and a fiber outer diameter of 200 μm, 280 μm, and 750 μm, respectively. With respect to the optical fiber sample, predetermined characteristics were measured and an evaluation test was performed. The results are shown in Table 1.
[実施例2〜4]、[比較例1〜3]
表1に示すように、コア部およびクラッド部のモノマー成分の割合、およびDBTの添加量を変えた他は、実施例1と同様にして各光ファイバー試料を作製し、該試料について、所定の特性を測定するとともに、評価試験を行った。
それらの結果を表1に示す。[Examples 2 to 4], [Comparative Examples 1 to 3]
As shown in Table 1, each optical fiber sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the monomer component in the core part and the clad part and the addition amount of DBT were changed. And an evaluation test.
The results are shown in Table 1.
[実施例5]
表1に示すように、ドーパントとしてDBTの代わりにDPSを2.2重量部添加した他は、実施例1と同様にして光ファイバー試料を作製し、該試料について、所定の特性を測定するとともに、評価試験を行った。
その結果を表1に示す。[Example 5]
As shown in Table 1, an optical fiber sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2.2 parts by weight of DPS was added instead of DBT as a dopant, and predetermined characteristics of the sample were measured. An evaluation test was conducted.
The results are shown in Table 1.
[実施例6]
表1に示すように、コア部およびクラッド部のモノマー成分の割合、およびDBTの添加量を変え、オーバークラッド材をメタクリル樹脂(ビカット107℃)(PMMAと称する)に変えた他は、実施例1と同様にして光ファイバー試料を作製し、該試料について、所定の特性を測定するとともに、評価試験を行った。
その結果を表1に示す。[Example 6]
As shown in Table 1, the examples except that the ratio of the monomer component in the core part and the clad part and the addition amount of DBT were changed and the over clad material was changed to methacrylic resin (Vicat 107 ° C.) (referred to as PMMA). An optical fiber sample was prepared in the same manner as in No. 1, and predetermined characteristics of the sample were measured and an evaluation test was performed.
The results are shown in Table 1.
[実施例7]
表1に示すように、オーバークラッド材を被覆しないように変更した他は、実施例6と同様にして光ファイバー試料を作製し、該試料について、所定の特性を測定するとともに、評価試験を行った。
その結果を表1に示す。[Example 7]
As shown in Table 1, an optical fiber sample was prepared in the same manner as in Example 6 except that the overcladding material was changed so as not to be coated, and predetermined characteristics of the sample were measured and an evaluation test was performed. .
The results are shown in Table 1.
この結果、表1から明らかなように、実施例1〜5では、コア部およびクラッド部に本発明に規定する要件を満たした重合体組成物を用いているために、これらのコア部/クラッド部にオーバークラッド材のPCを接合してなる光ファイバーは、十分な光透過性能を有し、665nmの波長における伝送損失が少なく、長期耐熱性に優れ、曲げたときの伝送損失が少なく、さらに巻き付け試験後も伝送損失が少なかった。
なお、実施例6〜7では、コア部およびクラッド部に本発明に規定する要件を満たした重合体組成物を用いているので、得られた光ファイバーは、実施例1〜5と同様に、優れた特性を示したものの、オーバークラッド材としてPCに代えてPMMAを用いたり、或いはオーバークラッド材を用いなかったりしたので、巻き付け試験では、いずれも不良品となった。
一方、比較例1では、コア部に本発明に規定する要件を満たさない重合体組成物を用いているために、665nmの波長における伝送損失が大きく、長期耐熱性の点でも明らかに劣っていた。
また、比較例2では、コア部の共重合体とクラッド部の重合体における3FMAの含有割合が同じであり、後者の含有割合が前者の含有割合よりも大きいという本発明の要件を満たしていないため、曲げたときの伝送損失が多く、光ファイバーとしてのバランスのとれた特性を確保できなかった。
さらに、比較例3では、コア部に本発明に規定する要件を満たさない重合体組成物を用いているために、曲げたときの伝送損失が多く、光ファイバーとしてのバランスのとれた特性を確保できなかった。As a result, as apparent from Table 1, in Examples 1 to 5, since the polymer composition satisfying the requirements defined in the present invention was used for the core part and the clad part, these core part / cladding part An optical fiber made by bonding an overclad PC to the part has sufficient light transmission performance, has low transmission loss at a wavelength of 665 nm, has excellent long-term heat resistance, has low transmission loss when bent, and is further wound There was little transmission loss even after the test.
In Examples 6 to 7, since the polymer composition satisfying the requirements defined in the present invention is used for the core part and the clad part, the obtained optical fibers are excellent as in Examples 1 to 5. However, since PMMA was used instead of PC as the over clad material or no over clad material was used, all of them were defective in the winding test.
On the other hand, in Comparative Example 1, since a polymer composition that does not satisfy the requirements defined in the present invention is used for the core portion, the transmission loss at a wavelength of 665 nm is large, and the long-term heat resistance is clearly inferior. .
Further, in Comparative Example 2, the content ratio of 3FMA in the core copolymer and the clad polymer is the same, and the latter content ratio is not larger than the former content ratio. For this reason, there is a large transmission loss when bent, and a balanced characteristic as an optical fiber cannot be secured.
Furthermore, in Comparative Example 3, since a polymer composition that does not satisfy the requirements defined in the present invention is used for the core portion, transmission loss when bent is large, and balanced characteristics as an optical fiber can be secured. There wasn't.
本発明の屈折率分布型プラスチック光ファイバーは、例えば屋内、中でも宅内における光伝送リンクシステムのような短距離用光伝送リンクシステムを構築できる十分な光透過性能を有し、曲げたときの伝送損失が少なく、且つ高速通信を意図する光ファイバー、光ファイバーケーブルの構成要素として有用である。また、形状を変化させることにより、光導波路等の光導性素子類、スチールカメラ用、ビデオカメラ用、望遠鏡用、眼鏡用、プラスチックコンタクトレンズ用、太陽光集光用等のレンズ類、凹面鏡、ポリゴン等の鏡類、ペンタプリズム類等のプリズム類等の光学部材として応用することが可能であるので、その産業上の利用可能性は非常に大きい。 The refractive index distribution type plastic optical fiber of the present invention has sufficient light transmission performance to construct a short-distance optical transmission link system such as an optical transmission link system indoors, especially in a home, and has a transmission loss when bent. It is useful as a component of an optical fiber and optical fiber cable intended for high-speed communication. In addition, by changing the shape, optical elements such as optical waveguides, still cameras, video cameras, telescopes, glasses, plastic contact lenses, sunlight condensing lenses, concave mirrors, polygons, etc. Since it can be applied as an optical member such as a mirror such as a mirror or a prism such as a pentaprism, its industrial applicability is very large.
Claims (7)
前記コア部は、55〜95重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび5〜45重量%のメチルメタクリレートを含むモノマーの共重合体と、該共重合体よりも高い屈折率を有し、且つ該共重合体に対し相溶するドーパントを主たる構成成分としてなり、
前記クラッド部は、55超え〜100重量%の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよび0〜45重量%未満のメチルメタクリレートを含むモノマーの重合体を主たる構成成分としてなり、且つ、該重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合が前記コア部の共重合体における2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの含有割合より多いことを特徴とする光ファイバー。A refractive index distribution type plastic optical fiber comprising a core part and a clad part disposed on the outer periphery of the core part,
The core has a copolymer of monomers containing 55 to 95% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 5 to 45% by weight of methyl methacrylate, and a higher refractive index than the copolymer. And a dopant compatible with the copolymer as a main constituent,
The clad part mainly comprises a polymer of a monomer containing 55 to 100% by weight of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and 0 to less than 45% by weight of methyl methacrylate, and the polymer 2. An optical fiber characterized in that the content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate in is greater than the content ratio of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate in the copolymer of the core part.
An indoor optical transmission link system using the optical fiber according to claim 1.
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