WO1996036894A1 - Fibres optiques plastique et cable a fibres optiques - Google Patents

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WO1996036894A1
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pof
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core
cable
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Kazuki Nakamura
Jun Okumura
Kikue Irie
Makoto Muro
Jun Kamo
Katsuhiko Shimada
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Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a broadband step index type plastic optical fiber (hereinafter referred to as “SI type POFJ”) and an optical fiber cable that can be used as an optical information communication medium.
  • SI type POFJ broadband step index type plastic optical fiber
  • optical fiber cable that can be used as an optical information communication medium.
  • Optical transmission is widely used as a communication medium, taking advantage of its large capacity and being completely unaffected by electromagnetic noise.
  • optical fibers that are practically used as optical transmission media are classified into silica-based optical fibers and plastic-based optical fibers (hereinafter referred to as “POF”) according to their materials.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-3611 discloses long-chain fluoroalkyl methacrylate and a copolymer comprising methacrylic acid and methyl methacrylate as cladding materials.
  • this cladding material contains more than 65% of long-chain fluoroalkyl methacrylate and less than 29% of methyl methacrylate. Therefore, the refractive index of the cladding material is 1.420 or less, the numerical aperture of the optical fiber is 0.45 or more, and there is no description suggesting a POF having broadband characteristics.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-66706 discloses, as a cladding material, a copolymer comprising long-chain fluoromethacrylate, short-chain fluoroalkylmethacrylate and methyl methacrylate.
  • a copolymer comprising long-chain fluoromethacrylate, short-chain fluoroalkylmethacrylate and methyl methacrylate.
  • the content of methyl methacrylate in the clad material is also 50% or less, and there is no description suggesting POF having a broadband characteristic.
  • Japanese Patent Application No. 7-1116174 which is the basic application of the priority claim of the present application
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-239420 which became publicly known after the filing of this application, discloses a POF using PMMA as a core material and a copolymer of a specific fluoroalkyl methacrylate and MMA as a cladding material.
  • this POF also contains short-chain fluoromethacrylates such as pentafluoropropyl methacrylate and tetrafluoromethacrylate in the cladding material, so that the mechanical properties of POF are insufficient. .
  • short-chain fluoromethacrylates such as pentafluoropropyl methacrylate and tetrafluoromethacrylate in the cladding material, so that the mechanical properties of POF are insufficient.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-249325 discloses a POF comprising a core material containing PMMA as a main component and a clad material made of a specific fluororesin.
  • This document prevents the plasticizer contained in the jacket material from diffusing into the core or the cladding by using two cladding layers, reducing the transmission loss of the POF and reducing the mechanical properties.
  • the refractive index of this cladding material is less than 1.409, and therefore the numerical aperture of the POF is more than 0.48. That is, this document does not suggest a POF having a broadband characteristic.
  • the POF with a reduced numerical aperture is an SI type with broadband characteristics This is one of the means for obtaining P 0 F.
  • decreasing the numerical aperture of P 0 F causes 1) the amount of light emitted to the outside when the fiber bends increases, which increases the light transmission loss, and 2) the coupling between the POF and the light source The problem of increased losses arises. It is also important to ensure the practical mechanical strength of P 0 F.
  • An object of the present invention is to provide an SI-type POF and an SI-type POF cable having both practical optical transmission loss performance, broadband characteristics and mechanical strength.
  • a core cladno protective layer is composed of three layers, the core material is polymethyl methacrylate, and the clad material is a long-chain fluoroalkyl methacrylate unit represented by the following formula (1).
  • a plastic optical fiber is provided, which is a copolymer of about 45% by weight, 54 to 79% by weight of methyl methacrylate units, and 0.05 to 2% by weight of methacrylic acid units.
  • CH 2 C (CH 3 ) -C 00-(CH 2 ) 2 (CF 2 ) TCF 3 (1) Further, according to the present invention, a core cladding / protective layer in which the optical fiber is covered with a jacket layer A plastic optical fiber cable consisting of four jacket layers is provided.
  • Fig. 1 is a diagram showing the bending state of the cable when measuring the transmission loss when bending the PF cable at 20 mmR-180 °.
  • reference numeral 1 denotes a P 0 F cable
  • reference numeral 2 denotes an LED
  • reference numeral 3 denotes a photoreceptor.
  • FIG. 2 is a diagram showing a bent state of a PF cable when it is repeatedly bent at 15 mmR ⁇ 90 °.
  • Reference numeral 4 is a load.
  • FIG. 3 is a diagram showing a measurement system for FFP.
  • Reference numeral 5 denotes a Fourier transform optical system
  • reference numeral 6 denotes an LD
  • reference numeral 7 denotes a CCD element.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of FFP.
  • the vertical axis is the amount of light emitted from the fiber It is displayed as a relative value with the maximum value being 1.0.
  • the horizontal axis is the emission angle from the fiber.
  • polymethyl methacrylate is used as a core material of POF from the viewpoints of optical performance, mechanical strength, reliability and the like.
  • a copolymer containing a small amount of butyl methacrylate, ethyl methacrylate or a maleimide compound copolymerizable with methyl methacrylate can also be used.
  • Examples of the cladding material for the POF of the present invention include a fluorinated methacrylate (co) polymer, a fluorinated methacrylate-methacrylate (co) polymer, an ⁇ -fluoromethacrylate (co) polymer, and a mixture thereof. Is mentioned.
  • a cladding material having a refractive index of 1.435 or more and 1.47 or less is used. If the numerical aperture of the fiber is too small, the loss at bending becomes large, and the coupling loss also increases, so it must be 0.24 or more.
  • the numerical aperture is more preferably 0.27 or more. In order to secure 80 MHz as a band at 100 m, the numerical aperture must be 0.40 or less. To secure a band of 9 OMHz or more, the numerical aperture is more preferably 0.34 or less. Therefore, the refractive index of the cladding material is preferably 1.45 or more and 1.465 or less.
  • a combination and a composition having a refractive index in the range of 1.435 or more and 1.47 or less are selected.
  • long-chain fluoroalkyl methacrylate, methyl methacrylate and methyl methacrylate represented by the formula (1) are selected.
  • Copolymers with methacrylic acid are mentioned. This copolymer has an excellent balance of physical properties such as mechanical properties, transparency and thermal decomposition resistance.
  • CH 2 C (CH 3 ) -C 00- (CH 2 ) 2 (CF 2 ) TC F 3 (1)
  • Cladding having a long chain fluoroalkyl methacrylate content of less than 20% by weight The material has a refractive index exceeding 1.467 and the numerical aperture is too small.
  • a clad material having a long chain fluoroalkyl methacrylate content of more than 45% by weight exhibits crystallinity, and transmission loss due to light scattering in the clad material increases.
  • the content of the long-chain fluoroalkyl methacrylate unit in the cladding material is 23 to 35% by weight.
  • the content of methyl methacrylate units in the cladding material is determined so that the refractive index is in a desired range, and is preferably 54 to 79% by weight, and preferably 63 to 75% by weight. Is more preferred.
  • Methacrylic acid is necessary for improving the thermal decomposition resistance of the cladding material and for improving the adhesion to the core material, and the content is preferably 0.05% by weight or more. In consideration of workability, the content is preferably 2% by weight or less.
  • the content is 0.5% by weight or more and 2% by weight or less.
  • the thickness of the cladding material is not particularly limited, but if it is too thin, the transmission loss increases, so that it is preferably 5 ⁇ or more. According to the examination by the FFP method described later, it has been found that when the thickness of the cladding material is 8 m or more, the transmission band of ⁇ 0F is significantly improved.
  • a protective layer is disposed outside the cladding.
  • This protective layer allows for efficient use of the light received by the POF cladding and serves to improve the coupling efficiency between the light source and the POF.
  • the protective layer also functions to return some of the light leaked from the core to the clad back to the core. That is, the amount of light emitted from the core to the outside when the POF is bent is much larger when the numerical aperture of the POF is smaller than when the numerical aperture of the POF is larger. It functions effectively to prevent an increase in the optical transmission loss of the POF.
  • a material for the protective layer it is preferable to use a material having a lower refractive index than that of the cladding material from the viewpoint of preventing light propagating in the fiber from flowing out of the side surface of the fiber.
  • a material having a lower refractive index than that of the cladding material 70 to 90 mol% of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene 3 And a copolymer with 0 to 10 mol%. This copolymer is a preferred material because of its excellent mechanical properties and chemical resistance.
  • the copolymer having a vinylidene fluoride content of 80 mol% has the lowest melting point. Therefore, the copolymer having this copolymer composition can be easily multi-layer spun with PMM A as a core material, and the subsequent drawing operation can be easily performed. The stretching operation is performed to improve the mechanical strength of the POF.
  • the thickness of the protective layer is not particularly limited, but is determined based on a balance between economy and fiber performance. Mechanical properties: In order to sufficiently exhibit resistance to chemicals, it is preferably 5 / m or more.
  • the transmission band of the POF and the POF cable is remarkably improved, and an increase in transmission loss at the time of bending is suppressed.
  • the width of the P 0 F band is affected by higher-order mode light having a low propagation speed among the light propagating in the fiber.
  • it is necessary to reduce the amount of higher-order mode light.
  • the present inventors have achieved a reduction in the amount of higher-order mode light by reducing the numerical aperture of the POF and selecting a fiber structure.
  • the output angle of the output FFP after propagating through a fiber of 10 Om under all mode excitation conditions is 20.
  • the ratio R S pZS of the integral value Sp for the range of + 20 ° or less and the integral value S for the entire angle range be 98% or more.
  • the FFP is an emission angle distribution of the amount of light emitted from the POF as viewed from a position sufficiently far away that the light emitting end face of the P • F can be regarded as a point. Since the height of the mode of the propagating light corresponds to the magnitude of the propagation angle, FFP represents the mode distribution of the propagating light of P0F.
  • the POF of the present invention has the following advantages: 1) Continuous bulk polymerization Continuously performs the combining process, the process of degassing volatile components from the polymerization system, and the process of spinning PMMA.
  • the material of the jacket layer of the POF cable is selected in consideration of mechanical properties, heat resistance, and flame retardancy.
  • Polyethylene, polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, and polyolefin elastomers are used.
  • the POF cable of the present invention is 20mmR-180. Transmission loss increase during bending is ldB or less, and 15mmR ⁇ 90 ° The number of breakage bending times during repeated bending is 10,000 times or more.
  • the increase in transmission loss when bending by 20 mm R-180 ° refers to the state in which the middle part of the cable is bent with a radius of curvature of 20 mm, as shown in Fig. 1, compared to the transmission loss value under normal conditions. It refers to an increase in the transmission loss value due to the conversion.
  • the number of breaks during repeated bending of 15 mmR ⁇ 90 ° refers to a cable that is sandwiched between cylinders or cylinders with a radius of curvature of 15 mm as shown in Fig. This is the number of bends when it is determined that the cable has been substantially broken due to a sudden increase in transmission loss when bending (total 180 °) is repeated. In each of the examples, the number of times of breaking and bending is measured by applying a load of 500 g to the cable as shown in FIG.
  • Transmission loss The light from the light source is monochromated to a wavelength of 650 nm using a spectroscope, and the excitation NA is adjusted to 0.1 using a lens. 25m-Measured by 5m cutback method.
  • Refractive index Measure n D at a temperature of 20 using an Abbe refractometer.
  • Emission FFP Fluorescence Field Field
  • excitation NA 0.
  • Coupling loss increase LED (TLRA 280 manufactured by Toshiba) is used as the light source.
  • a light source is attached to one end of a 1 m long POF or POF cable, and the amount of fiber emitted from the other end I. Is measured.
  • the reference fiber the fiber of Comparative Example 1
  • the amount of light emitted from the fiber was I.
  • I the amount of light emitted from the fiber when the POF (or POF cable) to be evaluated is used, and let the value calculated by the following equation be the coupling loss increase (dB).
  • Polymethyl methacrylate is used as the core material, and a copolymer of 25 wt.% Of long-chain fluoroalkyl methacrylate represented by formula (1), 74 wt.% Of methyl methacrylate, and lwt. Using.
  • the refractive index of this copolymer was 1.463.
  • Three-layer composite spinning was performed by a continuous bulk polymerization direct spinning method using a 20 mol% copolymer of polyethylene (VP-50 manufactured by Daikin Industries, Ltd.). As a result, a three-layer POF consisting of a core layer and a protective layer with a fiber diameter of 1,000 m and a clad thickness of 5 m was obtained.
  • Table 1 shows the evaluation results of P 0 F.
  • Example 1 The POF obtained in Example 1 was coated with polyethylene to give a POF cable having an outer diameter of 2.2 mm.
  • Table 1 shows the evaluation results of the P 0 F cable.
  • a copolymer of long-chain fluoroalkyl methacrylate 3 Owt.% Represented by the formula (1), methyl methacrylate 69 wt.%, And methacrylic acid lwt.% was used.
  • the refractive index of the cladding material is 1.455. Table 1 shows the evaluation results of the POF.
  • Example 1 the cladding thickness was set to 10 jtzm, and other conditions were the same as in Example 1 to obtain P 0 F. Table 1 shows the evaluation results of P 0 F.
  • Example 3 the cladding thickness was set to 10 / m, and the other conditions were the same as in Example 3 to obtain POF.
  • Table 1 shows the evaluation results of the POF.
  • long chain fluoroalkyl methacrylate represented by the formula (1) 30 wt.%, Methyl methacrylate 73.1 wt. And a copolymer of methacrylic acid of 1.9 wt.% was obtained.
  • This copolymer was used as a cladding material, and a POF cable was obtained in the same manner as in Example 2 except for the above conditions. The evaluation results of this P 0 F cable are shown. Shown in 1.
  • the output FFP of the POF cable of Example 7 was measured, and the results in FIG. 4 were obtained.
  • the ratio R SpZS was 98%.
  • Example 1 As a cladding material, 50% by weight of a long-chain fluoroalkyl methacrylate represented by the formula (1), 30% by weight of a short-chain fluoroalkyl methacrylate represented by the formula (2), 18% by weight of methyl methacrylate A copolymer consisting of methacrylic acid and 2% by weight of methacrylic acid was used. Other conditions were the same as in Example 2 to obtain a POF cable. The refractive index of the cladding material was 1.405.
  • Table 1 shows the evaluation results of this POF cable.
  • FIG. 4 shows the output FFP of the POF cable.
  • the ratio R SpZS was 94%.
  • Example 1 a POF cable having a three-layer structure without a protective layer was obtained. Table 1 shows the evaluation results of this PF cable. table 1
  • the plastic optical fiber and the optical fiber cable of the present invention can be used as an optical information communication medium.

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Description

明 細 書 プラスチック光ファイバ及び光ファイバケーブル 技 術 分 野
本発明は光情報通信媒体として利用可能な広帯域ステッブインデックス型プ ラスチック光ファイバ （以下 「S I型 POFJ という） 及び光ファイバケープ ルに関する。
背 景 技 術
光伝送は大容量で電磁ノィズの影響を全く受けないという特長を生かして通 信媒体として広く用いられている。 現在、 実用化されている光伝送用の媒体で ある光ファイバとしては、 その素材により石英系光ファイバとプラスチック系 光ファイバ （以下 「POF」 という） に分類される。
POFの利点は、 1) 大口径でありながら柔軟で取り扱い性がよい、 2) 他 の P 0 Fや発光素子との結合において位置あわせの許容範囲が広いので接続が 容易で高価な装置が不要である、 3) 接続の光学系が不要である点などが挙げ られる。
これらの利点を生かして P 0 Fはデータリンクなどの短距離通信ゃセンサー 等への応用が浸透しつつある。 また今後、 FA、 OA用などフロアー内外の機 器間 LANのような施設網や加入者網 （FTTH) における末端配線など、 接 続点の多い近距離の低コスト情報伝送線として期待されている。 また、 柔軟性 も優れているため振動する環境でも破損、 折損や劣化がおきにく く、 この点で も石英系よりも優れ、 自動車、 電車、 飛行機、 などの移動体中のネッ トワーク など信号伝送線への応用も図られている。
一方、 これらの通信用途においては伝送速度の高速化への要求が年々高まつ てきている。 P OFの単位時間に伝送可能な量をあらわす指標として帯域を用 いると、 これまで実用化されてきた POFの帯域は、 通常、 高々 5〜6MH z • km (― 3 d B) である。 この帯域では最適化された L EDモジュールを用 いても 1 00 mファイバ長の実用的な通信レー卜が 1 00Mb p s (ビッ ト毎 秒） 以下であり、 中高速 LANなどの用途には帯域が狭すぎる。
S I型 POFとしてはポリメタクリル酸メチル （PMMA) をコア材としフ ッ素系重合体をクラッド材としたものが種々提案されている。
日本国特開昭 59— 36 1 1 1号公報はクラッ ド材として、 長鎖フルォロア ルキルメタクリレー卜、 メタクリル酸とメタクリル酸メチルからなる共重合体 を開示している。 しかしながら、 このクラッ ド材は長鎖フルォロアルキルメタ クリレートを 65%以上含有するものであって、 メタクリル酸メチルの含有量 は 29%以下である。 従って、 クラッド材の屈折率は 1· 420以下であり、 光ファイバの開口数は 0. 45以上であって、 広帯域特性を有する P OFを示 唆する記載はない。
また、 日本国特開昭 6 1 - 66706号公報はクラッ ド材として、 長鎖フル ォロメタクリレート、 短鎖フルォロアルキルメタクリレートとメタクリル酸メ チルからなる共重合体を開示している。 しかし、 このクラッ ド材中のメタクリ ル酸メチル含有量も 50%以下であって、 広帯域特性を有する P OFを示唆す る記載はない。
取近、 し o n i e r e n c e P r o c e e d i n g s o f 3 r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n P l a s t i c Op t i c a l F i b e r s & Ap p l i c a t i o n sの 148— 1 5 1頁及び 1 47頁において、 ファイバの開口数を小さくすることによって S I型 P◦ Fに広帯域特性を付与することが提案されている。
また、 本願の優先権主張の基礎出願である日本国特願平 7— 1 1 6 1 74号 の出願後に公知となった、 日本国特開平 7— 239420号公報は、 PMMA をコア材料とし特定のフルォロアルキルメタクリレートと MMAの共重合体を クラッ ド材料とする POFを開示している。 この文献はコア材とクラッ ド材の 屈折率を近づけることにより広帯域化が可能であること、 また特定のフルォ口 メタクリレート共重合体をクラッ ド材とすることにより P OFの耐熱性が向上 することを示している。 しかしながらこの POFは、 クラッド材料中に短鎖フ ルォロメタクリレ一トを含んでいるので、 P OFの機械的特性が不十分である。 一方 コア/クラッ ド Z保護層の 3層からなる POFは従来から提案されて いる。 日本国特開昭 62 - 204209号公報は PMMAを主成分とするコア 材上に、 含フッ素樹脂から成るクラッ ド材を 2層設けた POFを開示している。 この文献はクラッ ド層を 2層とすることによって P OFの耐熱性を向上させ、 しかも 1層目のクラッ ド層の厚みを 3〜4 ΖΠΙと薄くすることによって POFの 耐屈曲性の改善を図っている。 しかしながらこの POFも、 クラッ ド材中にぺ ンタフルォロプロピルメタクリレート、 テトラフルォロメタクリレートのよう な短鎖フルォロメタクリレートを含んでいるので、 P OFの機械的特性が不十 分である。 また、 広帯域特性を有する S I型 POFの設計思想は何ら開示され ていない。
日本国特開平 5— 249325号公報は PMMAを主成分とするコア材と特 定のフッ素樹脂から成るクラッ ド材とからなる POFを開示している。 この文 献はクラッ ド層を 2層とすることによって、 ジヤッケッ ト材中に含まれる可塑 剤がコア中やクラッ ド中へ拡散することを防ぎ、 P OFの伝送損失の低下や機 械的特性の劣化を防止する思想を提案している。 しかしながらこのクラッ ド材 の屈折率は 1. 409以下であり、 従って POFの開口数は 0. 48以上であ る。 即ちこの文献も広帯域特性を有する PO Fを示唆していない。
前述したように、 開口数を低下させた POFは、 広帯域特性を有する S I型 P 0 Fを得るための手段の一つである。 しかしながら P 0 Fの開口数を低下さ せると、 1 ) ファイバが屈曲したときに外部に放出される光線量が多くなり、 光伝送損失が増大するという問題と、 2) POFと光源との結合損失が増大す るという問題が生じる。 また P 0 Fの実用的な機械的強度を確保することも重 要である。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、 実用的な光伝送損失性能、 広帯域特性と機械的強度を兼ね 備えた S I型 POF及び S I型 P OFケーブルを提供することにある。
本発明によれば、 コア クラッ ドノ保護層の 3層から成り、 コア材料がポリ メタクリル酸メチルであり、 クラッ ド材料が下記の式 （1 ) で示される長鎖フ ルォロアルキルメタクリレート単位 20〜45重量％とメタクリル酸メチル単 位 54〜79重量％とメタクリル酸単位 0. 05〜 2重量％との共重合体であ ることを特徴とするプラスチック光ファイバが提供される。
CH2=C(CH3)-C 00-(CH2)2(C F2)TC F3 ( 1 ) また本発明によれば、 前記光ファイバをジヤッケット層で被覆したコア ク ラッ ド/保護層 ジヤッケッ ト層の 4層からなるプラスチック光ファイバケー ブルが提供される。
図面の簡単な説明
図 1は、 P〇 Fケーブルの 20 mmR— 1 80° 屈曲時の伝送損失を測定す るときのケーブルの曲げ状態を示す図である。 図 1において符号 1は P 0 Fケ —ブル、 符号 2は LED、 符号 3は受光体である。
図 2は、 P〇 Fケーブルの 1 5 mmR± 90° 繰り返し屈曲時の屈曲状態を 示す図である。 符号 4は荷重である。 図 3は、 FF Pの測定系を示す図である。 符号 5はフーリエ変換光学系、 符号 6は LD、 符号 7は C CD素子である。 図 4は、 F FPの測定結果を示す図である。 縦軸はファイバからの出射光量 であり、 最大値を 1. 0とする相対値で表示されている。 横軸はファイバから の出射角である。
発明を実施するための最良の形態
本発明において P OFのコア材としては光学的性能、 機械的強度、 信頼性な どの観点からポリメタクリル酸メチルが用いられる。 メタクリル酸メチルと共 重合可能なメタクリル酸プチル、 メタクリル酸ェチルやマレイミ ド化合物を少 量含む共重合体も使用できる。
本発明の POFのクラッ ド材としては、 フッ素系メタクリレー卜 （共） 重合 体、 フッ素系メタクリレート—メタクリル酸エステル （共） 重合体、 α—フル ォロメタクリレート （共） 重合体、 またはそれらの混合物が挙げられる。
POFの開口数を 0. 24以上、 0. 40以下とするためにクラッ ド材とし ては屈折率が 1· 435以上、 1. 47以下のものが用いられる。 ファイバの 開口数は小さすぎると屈曲時の損失が大きくなり、 また、 結合損失も増大する ので 0. 24以上でなければならない。 開口数は 0. 27以上がより好ましい。 1 00 mにおける帯域として 80 MHzを確保するためには開口数は 0. 40 以下とする必要がある。 9 OMH z以上の帯域を確保するには開口数は 0. 3 4以下がより好ましい。 従ってクラッ ド材の屈折率としては 1. 45以上 1. 465以下が好ましい。
従って、 屈折率が 1. 435以上、 1. 47以下の範囲となるような組み合 わせ、 組成のものが選択され、 例えば、 式 （ 1) で示される長鎖フルォロアル キルメタクリレート、 メタクリル酸メチルとメタクリル酸との共重合体が挙げ られる。 この共重合体は機械的特性や透明性および耐熱分解性の物性バランス が優れている。
CH2=C(C H3)-C 00-(CH2)2(C F2)TC F3 ( 1 ) 長鎖フルォロアルキルメタクリレー卜の含有量が 20重量％未満のクラッ ド 材では屈折率が 1 . 4 6 7を超え開口数が小さくなりすぎる。 また、 長鎖フル ォロアルキルメタクリレー卜の含有量が 4 5重量％を超えるクラッ ド材は結晶 性を示し、 クラッ ド材中での光散乱に起因する伝送損失が大きくなる。
クラッ ド材中の長鎖フルォロアルキルメタクリレート単位の含有量は 2 3〜 3 5重量％であることが特に好ましい。 クラッ ド材中のメタクリル酸メチル単 位の含有量は、 屈折率が所望の範囲になるように決定され、 5 4〜7 9重量％ であることが好ましく 6 3〜7 5重量％であることがより好ましい。
メタクリル酸はクラッ ド材の耐熱分解性を向上させるとともに、 芯材との密 着性を向上させるために必要であり、 含有量は 0 . 0 5重量％以上であること が好ましい。 また、 加工性を考慮すると 2重量％以下であることが好ましい。
0 . 5重量％以上 2重量％以下であることがより好ましい。
クラッド材の厚みは特に限定されないが薄すぎると伝送損失が増大するため 5 πι以上であることが好ましい。 後述の F F P法による検討によれば、 クラッ ド材の厚みを 8 m以上とすれば Ρ 0 Fの伝送帯域が格段と向上することが判明 している。
本発明の P O Fにおいてはクラッ ドの外側に保護層が配置される。 この保護 層は、 P O Fのクラッ ドが受光した光線の有効利用を可能にし、 光源と P O F との結合効率を改善する働きをする。 また保護層はコアからクラッ ドに漏れた 光の一部を再度コアに戻す働きをする。 即ち、 P O Fが屈曲したときにコアか ら外部に放出される光線量は、 P O Fの開口数が小さい方が開口数が大きい場 合と比較すると遥かに多量であるので、 保護層は低開口数 P O Fの光伝送損失 の増大防止に有効に機能する。
保護層の材料としてはファイバ内の伝播光のファイバ側面から流出を防ぐ観 点からクラッ ド材よりも屈折率の低い材料を用いるのが好ましい。 このような 材料として、 フッ化ビニリデン 7 0〜9 0モル％とテトラフルォロエチレン 3 0〜10モル％との共重合体が挙げられる。 この共重合体は機械的特性、 耐化 学薬品性も優れているので好ましい材料である。
また、 この共重合体は、 フッ化ビニリデン含有量が 80モル％組成のものが 融点が最も低くなる。 そのためにこの共重合組成の共重合体は、 コア材として の P MM Aとの多層紡糸が容易であり、 またそれに続く延伸操作も容易に行う ことができる。 尚、 延伸操作は P OFの機械的強度向上のために行なわれる。 保護層の厚みは特に限定されないが、 経済性とファイバ性能との兼ね合いに より決定される。 機械的特性ゃ耐化学薬品性を十分発揮するためには 5 / m以上 であることが好ましい。
前記クラッ ド材料とこの保護層の材料との併用によって POF及び POFケ 一ブルの伝送帯域が格段と向上するとともに屈曲時の伝送損失の増加が抑制さ れる。
P 0 Fの帯域の広狭は、 ファイバ内を伝播する光のうち伝搬速度が遅い高次 モード光によって影響される。 P OFを広帯域化するためにはこの高次モード 光の量を減少させることが必要である。 本発明者等は PO Fの開口数の低下と ファィバ構造の選定により高次モード光の量の減少を達成した。
P OF及び P OFケーブルとしては、 全モード励振条件下で 10 Omのファ ィバを伝搬後の出射 FFPにおいて、 出射角一 20。 以上、 +20° 以下の範 囲に対する積分値 S pと全角度範囲に対する積分値 Sの比 R= S pZSが 98 %以上のものであることが好ましい。
尚、 F F Pとは P◦ Fの光出射端面が点と見なせる程度に充分離れた距離の 位置からみた P OFの出射光量の出射角分布のことである。 伝搬光のモ一ドの 高低は伝搬角度の大小に対応するので、 F F Pは P 0 Fの伝搬光のモード分布 を現している。
本発明の P OFは、 1)連続塊状重合直接紡糸プロセスによって MMAの重 合工程、 重合系からの揮発成分の脱気工程、 PMMAの紡糸工程を連続的に行 い、 コア材である PMMAと共に、 他のスクリュー型押し出し機等からそれぞ れ供給されたクラッ ド材、 保護材を共押し出し （複合紡糸） する方法、 2) ス クリュ一型押し出し機等からそれぞれ供給された PMMA (コア材） 、 クラッ ド材、 保護材を共押し出しする方法等によって製造することができる。 これら の方法のうち P 0 Fの伝送損失を十分下げるには 1 ) の方法を用いるのが好ま しい。
P OFケーブルのジャケッ ト層の材料は機械的特性や耐熱性、 難燃性を加味 して選択される。 ポリエチレン、 ポリ塩化ビニル、 塩素化ポリエチレン、 ポリ ォレフィン系エラス卜マーが用いられる。
本発明の POFケーブルは、 20mmR— 180。 屈曲時の伝送損失増加が l dB以下、 15mmR±90° 繰り返し屈曲時の破断屈曲回数が 1万回以上 である。
ここで 20 mm R— 180° 屈曲時の伝送損失増加とは、 通常の状態化にお ける伝送損失値に対して、 図 1に示すようにケーブルの中間部を半径 20mm の曲率をもって曲げた状態化における伝送損失値の増加をいう。 また、 15m mR±90° 繰り返し屈曲時の破断回数とは、 図 2に示すように半径 15 mm の曲率を有する円筒体もしくは円柱体でケーブルを挟んだ状態でケーブルを左 右に 90° ずつ （合計 180° ) の屈曲を繰り返したときに伝送損失が急激に 増加してケーブルが実質的に破断したと判断されたときの屈曲回数をいう。 尚、 各実施例において破断屈曲回数は図 2に示すようにケーブルに 500 gの荷重 をかけて測定される。
以下、 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 尚、 POF、 POFケ 一ブルの他の特性値は以下の 1 ) 〜6) の方法によって測定した。
1) 開口数 NA； J I S-C 6862反射法によって測定する。 2) 全モ一ド励振における伝送帯域； 102m— 2mのカツ トバック法によ り、 励振 NAが 0. 65における 100 m長の一 3 d B帯域をィンパルス応答 法にて測定する。 測定装置として浜松ホトニクス （株） 製の光サンプリングォ シロスコープ、 光源として東芝 （株） 製半導体レーザ TOLD 9410を用い、 発光波長は 650 nmとする。
3) 伝送損失；光源からの光を分光器を用いて波長 650 nmに単色化し、 励振 NAはレンズを用いて 0. 1にあわせる。 25m— 5mカッ トバック法によ り測定する。
4) 屈折率；アッベの屈折計を用いて温度 20 における nDを測定する。 5 ) 出射 F F P (Fa r F i e l d Pa t t e r n) ； 励振 NA= 0.
65に設定した光源 （東芝製半導体レーザ TOLD 9410 発光波長 650 nm) を用いて、 ファイバの 100m伝搬後の出射光の F F Pを図 3に示すフ 一リェ変換光学系を用いて測定する。
6)結合損失増加；光源として LED (東芝製 TLRA 280) を用いる。 1 m長の PO F又は P OFケーブルの一端に光源を取り付け、 他端からのファ ィバ出射光量 I。を測定する。 POF (または POFケーブル） として基準ファ ィバ （比較例 1のファイバ） を使用した時のファイバ出射光量を I。とし、 評価 対象の POF (または POFケーブル） を使用した時のファイバ出射光量を I とし、 次式で算出される値を結合損失増加 （dB) とする。
結合損失増加 = 10 X 1 0 g1Q ( I。ノ I )
(実施例 1 )
コア材としてポリメタクリル酸メチルを、 クラッ ド材として （1) 式で示さ れる長鎖フルォロアルキルメタクリレート 25wt. %、 メタクリル酸メチル 74 wt, %とメタクリル酸 lwt. %との共重合体を用いた。 この共重合体の屈折率は、 1. 463であった。 保護層としてフッ化ビニリデン 80モル％とテトラフル ォロエチレン 20モル％の共重合体 （ダイキン工業 （株） 製 VP— 50 ) を用 いて、 連続塊状重合直接紡糸法で 3層複合紡糸を行った。 その結果ファイバ直 径 1 000 m、 クラッ ド厚 5 mのコアノクラッ ド /保護層からなる 3層構造 の P 0 Fを得た。
この P 0 Fの評価結果を表 1に示した。
(実施例 2 )
実施例 1で得られた POFにポリエチレン被覆を施し、 外径 2. 2mmの P 0 Fケーブルとした。 この P 0 Fケーブルの評価結果を表 1に示した。
(実施例 3 )
クラッ ド材として （1) 式で示される長鎖フルォロアルキルメタクリレート 3 Owt. %、 メタクリル酸メチル 69wt, %とメタクリル酸 lwt. %との共重合体 を用い、 それ以外の条件は実施例 1と同様にして 3層複合紡糸を行い、 フアイ バ直径 1 000 zm、 クラッ ド厚 5 ^111の3層構造の？0?を得た。 クラッ ド材 の屈折率は 1. 455である。 この P OFの評価結果を表 1に示した。
(実施例 4)
実施例 1においてクラッ ド厚を 1 0 jtzmとしそれ以外の条件は実施例 1と同様 にして P 0 Fを得た。 この P 0 Fの評価結果を表 1に示した。
(実施例 5 )
実施例 3においてクラッ ド厚を 1 0 / mとしそれ以外の条件は実施例 3と同様 にして P OFを得た。 この P OFの評価結果を表 1に示した。
(実施例 6 )
クラッ ド材として （1 ) 式で示される長鎖フルォロアルキルメタクリレ一ト 30 wt. %、 メタクリル酸メチル 73. 1 wt.？ とメタクリル酸 1. 9 wt. %の共 重合体を得た。 この共重合体をクラッ ド材として用い、 それ以外の条件は実施 例 2と同様にして P 0 Fケ一ブルを得た。 この P 0 Fケーブルの評価結果を表 1に示した。
(実施例 7〜 9 )
実施例 3、 実施例 4及び実施例 5の P 0 Fに対してそれぞれポリェチレン被 覆を施し外形 2. 2mmの POFケーブルを得た。 これら POFケーブルの評 価結果を表 1に示した。 - 尚、 実施例 7、 実施例 8及び実施例 9においては、 それぞれ実施例 3'、 実施 例 4及び実施例 5の P 0 Fを用いた。
(実施例 10 )
実施例 7の P OFケーブルの出射 FFPを測定し、 図 4の結果を得た。 比 R = SpZSは 98 %であった。
(比較例 1 )
実施例 1において、 クラッ ド材として （1) 式で示される長鎖フルォロアル キルメタクリレート 50重量％、 (2) 式で示される短鎖フルォロアルキルメ タクリレート 30重量％、 メタクリル酸メチル 18重量％とメタクリル酸 2重 量％からなる共重合体を用いた。 それ以外の条件は実施例 2と同様にして PO Fケーブルを得た。 クラッ ド材の屈折率は 1. 405であった。
CH2=C(CH3)-COO- CH2CF2CF3 (2)
この POFケーブルの評価結果を表 1に示した。 また P OFケーブルの出射 F F Pを図 4に示した。 比 R = SpZSは 94 %であった。
(比較例 2)
実施例 1において、 保護層がない 3層構造の P OFケーブルを得た。 この P 〇 Fケーブルの評価結果を表 1に示した。 表 1
Figure imgf000014_0001
産業上の利用可能性
本発明のプラスチック光ファイバ及び光ファイバケーブルは光情報通信媒体 として利用可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. コア/クラッ ド 保護層の 3層から成り、 コア材料がポリメタクリル酸 メチルであり、 クラッ ド材料が下記の式 （ 1 ) で示される長鎖フルォロアルキ ルメタクリレート単位 20〜45重量％とメタクリル酸メチル単位 54〜79 重量％とメタクリル酸単位 0. 05〜 2重量％との共重合体であることを特徴 とするプラスチック光ファイバ。
CH2=C(CH3)-C 00-(CH2)2(C F2)TC F3 ( 1 )
2. 請求項 1において、 クラッ ド材料が長鎖フルォロアルキルメタクリレー ト単位 23〜35重量％、 メタクリル酸メチル単位 63〜75重量％とメタク リル酸単位 0. 5〜 2重量％との共重合体であることを特徴とする光フアイバ c
3. 請求項 1において、 保護層材料がフッ化ビニリデン単位 70〜 90モル %とテトラフルォロエチレン単位 30〜 1 0モル％との共重合体であることを 特徴とする光ファイバ。
4. 請求項 1において、 コア径が 0. 5〜1. 5mm0、 ファイノくの開口数 が 0. 24〜0. 40で、 1 00mのファイバ長、 全モード励振条件における 伝送帯域が 80〜34 OMH z、 伝送損失が 200 dBZ km以下である光フ アイバ。
5. 請求項 4において、 ファイバの開口数が 0. 27〜0. 34、 伝送帯域 が 90〜 25 OMH zである光ファイバ。
6. 請求項 1〜請求項 5において、 全モード励振条件下で測定した 1 00m 伝搬後の出射 F F P (F a r F i e l d P a t t e r n) において、 出射 角一 20° 以上、 + 20° 以下の範囲に対する積分値 S pと全角度範囲に対す る積分値 Sの比 R = S p/Sが 9 8 %以上であることを特徴とする光ファイバ c
7. 請求項 1〜請求項 5の光ファイバをジヤッケッ ト層で被覆したコア/ク
7. 請求項 1〜請求項 5の光ファイバをジヤッケット層で被覆したコア Zク ラッ ドノ保護層/ジヤッケッ 卜層の 4層からなるプラスチック光ファイバケ一 ブル。
8. 請求項 7において、 コア径が 0. 5〜1. 5mm0、 ファイバの開口数 が 0. 24〜0. 40で、 100mのファイバ長、 全モード励振条件における 伝送帯域が 80〜340MHz、 伝送損失が 200 dB km以下、 2 Omm R— 180° 屈曲時の伝送損失増加が 1 d B以下、 15mmR± 90° 繰り返 し屈曲時の破断屈曲回数が 1万回以上である光フアイバゲ一ブル。
9. 請求項 7において、 全モード励振条件下で測定した 10 Om伝搬後の出 射？ ？ （？ 3 F i e l d P a t t e r n) において、 出射角— 20° 以上、 +20° 以下の範囲に対する積分値 S pと全角度範囲に対する積分値 S の比 R = S pZSが 98 %以上であることを特徴とする光ファイバケーブル。
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