JP4612273B2 - プラスチック光ファイバ、光ファイバケーブル及び光伝送装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、光伝送パワーが大きく、帯域が広い、光通信媒体に好適なプラスチック光ファイバ及びプラスチック光ファイバケーブル、並びに光伝送装置に関するものである。
背景技術
現在、自動車やオーディオ機器、機器内・機器間などの短距離通信分野における情報伝送媒体として、ステップインデックス（ＳＩ）型のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）が使用されている。ＳＩ型ＰＯＦは、近年、伝送される情報量が増大するに伴って、より一層の広帯域化が求められている。
そこで、帯域幅を広くするため、屈折率の異なる複数のコア層を同心円状に積層しコアを多層化することが行われている。
特開平１０−１６０９５６号公報には、製造を容易にする点からコアの数を２層にとどめ、コアを２層化するだけでも、各コア径や各コアとクラッドとの屈折率差を特定の条件を満たすように設定することによって、小さい伝送損失とともに広い帯域幅を有するＰＯＦを提供できることが開示されている。そして、この特定の条件としては、クラッドと、該クラッドの内側に配置された第一コアと、該第一コアの内側に配置された第二コアとを備えたプラスチック光ファイバにおいて、第一コアの直径（Ｄ１）に対する第二コアの直径（Ｄ２）の比（Ｘ＝Ｄ２／Ｄ１）が０．３≦Ｘ≦０．９５であり、第二コアとクラッドの屈折率差（Δ１）に対する第一コアとクラッドの屈折率差（Δ２）の比（Ｙ＝Δ２／Δ１）が０．４≦Ｙ≦０．９５であり、かつ前記２つの比の合計（Ｘ＋Ｙ）がＸ＋Ｙ≦１．９であることが記載され、また、第二コアとクラッドの屈折率差（Δ１）は下限が０．０１以上、上限が０．１以下であると記載されている。
ところで、リンク等の光通信用途のような用途においては、受光素子に伝送パワーが大きい光を伝送することが重要である。しかし、特開平１０−１６０９５６号公報の光ファイバは、層厚や各層の屈折率の設定が不適切であるため、十分にパワーが大きい光を伝送することができなかった。また、外周層を形成した後に内周層の原料をその内部に導入し、これらを回転させながら内周層の原料を重合するという方法を用いて製造されるため、コア間やコアとクラッドの間に重合体の混合物からなる厚さ１５μｍを超えるような層（相溶層）が形成されていた。この相溶層が上記のように厚く形成されると、散乱損失が大きくなるため、伝送損失が大きいという問題があった。さらに、相溶層において生じる散乱損失は、伝送帯域に影響を及ぼすため、この光ファイバの相溶層の厚みを薄くしようとすると伝送帯域が低下する場合があった。また、この光ファイバを用いた光伝送装置において、光ファイバに入射させる光量を増大させ、伝送パワーを大きくするため、光源の励振ＮＡを大きくすると、光ファイバの伝送帯域が狭くなり、高速で信号を伝送することができないという問題があった。
この点について検証するため、特開平１０−１６０９５６号公報に示されているのと同様な回転重合法で製造したＰＯＦと連続複合紡糸法で製造したＰＯＦの伝送帯域及び伝送パワーを比較した。どちらのＰＯＦについても、外径は７５０μｍとし、クラッドの厚さは１０μｍとし、Ｘ＝０．８３７、Ｙ＝０．７とした。ただし、製造されたＰＯＦの断面を顕微鏡により観察したところ、回転重合法で製造したＰＯＦには、第一コアと第二コアとの界面付近に２１μｍの厚さの相溶層が形成されていたが、連続複合紡糸法で製造したＰＯＦには相溶層は観察されなかった。これらのＰＯＦについて５０ｍでの伝送帯域を全モード励振条件で測定したところ、回転重合法で製造したＰＯＦの帯域は７１０ＭＨｚであったのに対し、連続複合紡糸法で製造したＰＯＦの帯域は３４４ＭＨｚであった。また、単層コアを持つＳＩ型ＰＯＦであって、コア材として上記のＰＯＦの内層コア材を用い、クラッド材に上記のＰＯＦのクラッド材を用い、外径を７５０μｍ、クラッドの厚さを１０μｍとしたＰＯＦを参照ＰＯＦとし、この参照ＰＯＦの伝送パワーを１としたときの上記第一コアと第二コアを有するＰＯＦの相対的な伝送パワーを励振ＮＡ０．６の光源を用いて測定したところ、回転重合法で製造したＰＯＦの伝送パワーは０．６５であったのに対し、連続複合紡糸法で製造したＰＯＦの伝送パワーは０．８１であった。
発明の開示
本発明の目的は、伝送パワーが大きく且つ帯域の広いプラスチック光ファイバ及びプラスチック光ファイバケーブルを提供することにある。また（本発明の目的は、高速で信号を伝送可能な光伝送装置を提供することにある。
本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２の比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≧−１．１３４Ｘ＋１．０５１８ （１）
Ｘ≦−１．４８４２Ｙ^２＋１．１０９７Ｙ＋０．７０９７ （２）
を満たし、且つ、
Ｙ＜０．４又はＸ≧０．７６
を満たす範囲（但し、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．３５、及びＸ＝０．８且つＹ＝０．４５を除く）にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≧−１．１３４Ｘ＋１．０５１８ （１）
Ｘ≦−１．４８４２Ｙ^２＋１．１０９７Ｙ＋０．７０９７ （２）
Ｙ≦０．７ （３）
Ｘ≧０．５ （４）
を満たす範囲（但し、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．３５、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．４５、及びＸ＝０．６且つＹ＝１３／２２を除く）にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≦−３．３３３Ｘ＋３．１ （５）
Ｙ≧２．５Ｘ−１．６２５ （６）
Ｙ≧−０．８３３Ｘ＋０．９７５ （７）
Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．３８６ （８）
Ｙ≦０．５ （９）
Ｙ≧０．３５ （１０）
を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．４２９ （１１）
Ｙ≦−２．５Ｘ＋２．４ （１２）
Ｙ≦０．５ （１３）
Ｙ≧０．４ （１４）
を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
（Ｘ−０．７０７）^２＋（Ｙ−０．５）^２≦０．０００４ （１５）
を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
（Ｘ−０．７７５）^２＋（Ｙ−０．４）^２≦０．０００４ （１６）
を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コア及び第二コアがそれぞれ一種類の重合体から構成され、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間にそれぞれ、隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されており、前記相溶層の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする上記のいずれかのプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≧−１．１３４Ｘ＋１．０５１８ （１）
Ｘ≦−１．４８４２Ｙ^２＋１．１０９７Ｙ＋０．７０９７ （２）
Ｙ≦０．７ （３）
Ｘ≧０．５ （４）
を満たす範囲にあり、
第一コア及び第二コアがそれぞれ一種類の重合体から構成され、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間にそれぞれ、隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されており、前記相溶層の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とするプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間の少なくとも一方の層間において、互いに隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されていないことを特徴とする上記のいずれかのプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、全モード励振条件で測定したファイバ長５０ｍでの−３ｄＢ帯域が４００ＭＨｚ以上である上記のいずれかのプラスチック光ファイバに関する。
また本発明は、上記のいずれかのプラスチック光ファイバの外周を樹脂で被覆してなるプラスチック光ファイバケーブルに関する。
さらに本発明は、上記のいずれかのプラスチック光ファイバ或いはプラスチックケーブルの一端に励振ＮＡが０．３以上の発光素子、他端に受光素子が配置されてなることを特徴とする光伝送装置に関する。
また本発明は、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有するプラスチック光ファイバにおいて、
第一コアの半径ｒ_１と第二コアの半径ｒ_２との比Ｘ（ｒ_１／ｒ_２）と、第一コアとクラッドの屈折率差ｎ_１と第二コアとクラッドの屈折率差ｎ_２との比Ｙ（ｎ_２／ｎ_１）が、下記不等式
Ｙ≧−１．１３４Ｘ＋１．０５１８ （１）
Ｘ≦−１．４８４２Ｙ^２＋１．１０９７Ｙ＋０．７０９７ （２）
Ｙ≦０．７ （３）
Ｘ≧０．５ （４）
を満たす範囲にあるプラスチック光ファイバの一端に励振ＮＡが０．３以上の発光素子、他端に受光素子が配置されてなることを特徴とする光伝送装置に関する。
本発明によれば、伝送パワーが大きく且つ帯域が広い、２層化コアを持つＰＯＦを提供することができる。また、高速で信号を伝送可能な光伝送装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明のＰＯＦは、第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有する（以下このような第一コアと第二コアを有する構造を適宜「２層化コア」という。）。
ＰＯＦの散乱損失を低減するためには、第一コア及び第二コアはそれぞれ一種類の重合体で構成されていることが好ましく、これに加えてクラッドも一種類の重合体から構成されていることがより好ましい。なお、この場合において散乱損失をあまり増大させずに屈折率分布を調整するため、重合体中に公知の低分子化合物を少量添加することも可能である。本発明のＰＯＦにおいては、第一コアと第二コアの層間及び第二コアとクラッドの層間には、それぞれ隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層を形成してもよいが、ＰＯＦの散乱損失を低減するためには相溶層の厚さは薄いほど好ましく、１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。ＰＯＦの散乱損失低減という観点からは、相溶層が形成されていないことが特に好ましい。
図１〜図３に、２層化コアを持つＰＯＦについて、コア半径比Ｘと比屈折率差Ｙを変えて帯域を算出するシミュレーションの結果として、比屈折率差Ｙがそれぞれ０．５、０．６、０．４のときの、コア半径比Ｘに対する相対帯域の変化を示す。このシミュレーションは、第一コアと第二コア間及び第二コアとクラッド間に相溶層が形成されていないＰＯＦについて行われている。なお、図１〜図３中の相対帯域は、Ｙが０．５の場合の帯域の最大値を１として規格化したものである。また、上記シミュレーションは、Ｄ．Ｇｌｏｇｅ ａｎｄ Ｅ．Ａ．Ｊ．Ｍａｒｃａｔｉｌｉ，”Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ⁻ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ，”Ｔｈｅ Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ９，ｐｐ．１５６３−１５７８（１９７３）に記載の手法を用いた。
ここで、相対帯域が１であるＰＯＦで設計されたデジタル伝送システムの場合、ＰＯＦの相対帯域が１より狭くなると、パルスの歪みが生じ、隣り合う符号間で干渉が起こるに至る。この伝送システムにおいて、ＰＯＦによるパルスの歪み（立ち上がり時間の変化）が１．４倍まで許容できる場合、ＰＯＦの相対帯域は、１／１．４（≒０．７）以上が必要であるといえる。よって、この場合は、相対帯域が０．７以上（すなわち、最大帯域の７０％以上の範囲）が好適な帯域であるといえる。図１〜図３においては、それぞれ、Ｙが０．５の場合のＸの好適な範囲は０．８９以下であり、Ｙが０．６の場合のＸの好適な範囲は０．８６以下であり、Ｙが０．４の場合のＸの好適な範囲は０．３４以下であるときと、Ｘが０．５２以上０．９１以下のときであるといえる。
次に、光伝送パワーの観点から、コア半径比Ｘと比屈折率差Ｙの好適な範囲について述べる。ＰＯＦの一端に光源を配置し、他端に受光素子を配置して構成される光伝送装置においては、ＰＯＦへの入射光量を増加させるため、励振ＮＡ（出射光のＮＡ）が大きい光源が好ましく用いられる。光源の励振ＮＡは０．３以上であることが好ましく、０．４以上であることがより好ましい。光源としては、ＬＤやＬＥＤ等公知の光源が用いられるが、量産化され安価なＬＥＤを用いることが好ましい。この場合、内層コアの面積が小さいＰＯＦは結合光量が小さくなり光通信用途において伝送可能な距離が短くなったり、同じ長さのＰＯＦを用いた場合であっても受光した信号が正確に認識できなくなり光伝送装置が伝送可能な信号の速度が低下するので、本発明においてコア半径比Ｘは０．５以上であり、好ましくは０．５〜０．７８又は０．８２以上の範囲である。さらに、より大きな伝送パワーを得るためには、コア半径比Ｘは０．７６以上が好ましく、０．７７５以上であることがより好ましい。
また、２層化コアを持つＰＯＦを全モード励振した場合、コア内を伝搬する光として、内層コアのみを伝わる光線と、内層コアと外層コアの両方を行ったり来たりしながら伝わる光線が存在する。その際、コア内の光線は、内層コアと外層コアの界面あるいは外層コアとクラッドの界面で反射しながら伝搬する。通常、クラッド材は、コスト面から精製が比較的十分に行われていない材料が用いられることが多く、コア材に比べて透明度が低いため、クラッドとコアの界面で全反射する光線の方が内層コアと外層コアの界面で全反射する光線よりも、界面不整による損失が大きくなる。よって、内層コアのみを伝わる光を増やし、伝送パワーを大きくするため、本発明のＰＯＦにおいては比屈折率差Ｙは０．７以下とされ、好ましくは０．３３以下又は０．３７〜０．７の範囲である。さらに、より大きな伝送パワーを得る点から、比屈折率差Ｙとしては０．４以下あるいは０．４未満であることが好ましい。
第一コアとクラッドとの屈折率差ｎ_１は特に限定されないが、適度な帯域性能を確保するためにはＰＯＦの開口数は０．４以下とすることが好ましいので、０．０５６以下の範囲とすることが好ましい。
これらの結果から、コア半径比Ｘおよび比屈折率差Ｙの好適な範囲を図４に示す。図４に示した範囲は、次の不等式（１）〜（４）を満たす範囲（但し、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．３５、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．４５、及びＸ＝０．６且つＹ＝１３／２２を除く）である。
Ｙ≧−１．１３４Ｘ＋１．０５１８ （１）
Ｘ≦−１．４８４２Ｙ^２＋１．１０９７Ｙ＋０．７０９７ （２）
Ｘ≧０．５ （３）
Ｙ≦０．７ （４）
上記不等式を満たすことによって、励振ＮＡが０．３以上と大きい光源を用いた光伝送装置に適用した場合でも、光伝送パワーが比較的大きく且つ十分に広帯域である２層化コアをもつＰＯＦを提供することができる。より大きな伝送パワーを得るためには、不等式（１）及び（２）を満たし、且つＸ≧０．７６又はＹ≦０．４もしくはＹ＜０．４を満たす範囲（但し、Ｘ＝０．８且つＹ＝０．３５、及びＸ＝０．８且つＹ＝０．４５を除く）、すなわち、図４中の斜線領域の範囲にＸ及びＹを設定することが好ましい。
本発明のＰＯＦは、上記のように構成されているので、全モード励振条件で測定したファイバ長５０ｍでの−３ｄＢ帯域が４００ＭＨｚ以上とすることができる。近年、帯域４００ＭＨｚ程度を持つ安価なＬＥＤが開発され、このＬＥＤに適した安価なＰＯＦが求められており、本発明の２層化コアをもつＰＯＦは、このような帯域に対しても優れた性能を発揮することができる。
上記のＰＯＦはファイバ長５０ｍ程度の比較的長距離の光伝送の場合に好適であるが、実際の宅内光通信では２０ｍ以内で使われる場合が多い。上記のＰＯＦを２０ｍ以内の光伝送に適用した場合は、光伝送パワーとして、５０ｍの光伝送に適用した場合と比較して十分なパワーが確保できる。
また、上記のＰＯＦにおいては、帯域の好ましい範囲は、最大帯域の７０％以上の範囲としたが、より好ましくは、最大帯域の９５％以上の範囲である。最大帯域の９５％以上の帯域を確保できる範囲は、シミュレーション結果である図１、図３及び図６から、それぞれ、Ｙ＝０．５の場合はＸが０．６２から０．７８の範囲、Ｙ＝０．４の場合はＸが０．６９から０．８１の範囲、Ｙ＝０．３５の場合はＸが０．７５から０．７９の範囲である。
従って、最大帯域の９５％以上の帯域を確保するためには、Ｘ及びＹを次の不等式（５）〜（１０）で囲まれる領域（図７に示す外側の領域）内に設定することが、より好ましい。
Ｙ≦−３．３３３Ｘ＋３．１ （５）
Ｙ≧２．５Ｘ−１．６２５ （６）
Ｙ≧−０．８３３Ｘ＋０．９７５ （７）
Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．３８６ （８）
Ｙ≦０．５ （９）
Ｙ≧０．３５ （１０）
また、シミュレーション結果である図１、図３より、Ｙ＝０．５の場合はＸが０．６５から０．７６の範囲が、Ｙ＝０．４の場合はＸが０．７２から０．８０の範囲がこの領域に含まれる。従って、最大帯域の９８％以上の帯域を確保するためには、Ｘ及びＹを次の不等式（１１）〜（１４）で囲まれる領域（図７に示す内側の領域）内に設定することが、より好ましい。
Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．４２９ （１１）
Ｙ≦−２．５Ｘ＋２．４ （１２）
Ｙ≦０．５ （１３）
Ｙ≧０．４ （１４）
また、最大帯域を示すのは、Ｙ＝０．５のときはＸ＝０．７０７となる点であることから、Ｘ及びＹをこの近傍に設定することにより帯域を最も高くすることができる。
すなわち、Ｘ及びＹを下記不等式（１５）を満たす範囲とすることが特に好ましい。
（Ｘ−０．７０７）^２＋（Ｙ−０．５）^２≦０．０００４ （１５）
同じく、最大帯域を示すのは、Ｙ＝０．４のときはＸ＝０．７７５となる点であることから、Ｘ及びＹをこの近傍に設定することにより帯域を最も高くすることができる。
すなわち、Ｘ及びＹを下記不等式（１６）を満たす範囲とすることが特に好ましい。
（Ｘ−０．７７５）^２＋（Ｙ−０．４）^２≦０．０００４ （１６）
次に、本発明の２層化コアをもつＰＯＦの材料について述べる。
本発明の２層化コアを構成する第一コアと第二コアの材料としては、例えば以下に示す単量体をそれぞれ単独で重合して得られる単独重合体、あるいは２種類以上の単量体を共重合して得られる共重合体を、目的とする屈折率に応じて適宜選択して用いることができる。その際、第一コアの材料の屈折率が、第二コアの材料の屈折率より高くなるように選択する。
本発明におけるコア材の製造に用いられる単量体は、工業的生産を考慮すると、容易にラジカル重合で高分子化するビニル系単量体が望ましい。このような単量体としては、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、安息香酸ビニル、スチレン、１−フェニルエチルメタクリレート、２−フェニルエチルメタクリレート、ジフェニルメチルメタクリレート、１，２−ジフェニルエチルメタクリレート、１−ブロモエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、α，α−ジメチルベンジルメタクリレート、４−フルオロスチレン、２−クロロエチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、トリシクロデシルメタクリレート、１−メチルシクロヘキシルメタクリレート、２−クロロシクロヘキシルメタクリレート、１，３−ジクロロプロピルメタクリレート、２−クロロ−１−クロロメチルエチルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、アリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ビニルクロロアセテイト、グリシジルメタクリレート、メチル−α−クロロアクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、２，２，２−トリフルオロ−１−トリフルオロメチルエチルメタクリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチルメタクリレート、２，２，２−トリフルオロエチル−α−フルオロアクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピル−α−フルオロアクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピル−α−フルオロアクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル−α−フルオロアクリレート、２，４−ジフルオロスチレン、ビニルアセテイト、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ヘキサデシルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、α−トリフルオロメチルアクリレート、β−フルオロアクリレート、β，β−ジフルオロアクリレート、β−トリフルオロメチルアクリレート、β，β−ビス（トリフルオロメチル）アクリレート、α−クロロアクリレート等が挙げられる。
特に、比較的低損失なＰＯＦを得る点から、第一コアとしては、メチルメタクリレートの単独重合体（以下「ＰＭＭＡ」と略す）を用いることが好ましい。このときの第二コアとしては、メチルメタクリレートとフッ素化アルキル（メタ）アクリレートとの共重合体を用いることができ、特に、メチルメタクリレートと２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレートとの共重合体を用いることが低損失性の点から好ましい。また、第一コアにベンジルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体を用い、第二コアにＰＭＭＡを用いた場合も比較的低損失なＰＯＦを得ることができる。
本発明に用いられるクラッド材としては、公知の重合体が用いられ、例えば上記の単量体の２種類以上からなる共重合体や、フッ化ビニリデン系共重合体などを用いることができる。クラッド材としては屈折率が第二コアの屈折率より小さいものを選択する。
本発明の２層化コアをもつＰＯＦは、クラッド層の外周に保護層を設けることも可能である。この保護層を設けることにより、ＰＯＦの曲げ強度等の機械的特性を改善することができ、またクラッド材の損傷を防ぐことができる。保護層の材料は、クラッド層よりも屈折率の低い材料を用いることが好ましく、例えば、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、６フッ化プロピレンの単量体を２種以上共重合して得られる共重合体を好適に用いることができる。保護層の厚みは適宜設定することができ、好ましくは１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲である。
次に、本発明のＰＯＦの製造方法について説明する。
本発明のＰＯＦは、通常の同心円多層複合構造を持ったＰＯＦの製造法と同様な方法で製造可能である。
本発明のＰＯＦを製造する際に、相溶層の厚さを容易に制御するためには、複合紡糸法を用いることが好ましい。複合紡糸法としては、ラム押出複合紡糸法、連続複合紡糸法等を好ましく用いることができる。
ラム押出複合紡糸法は、第一コア、第二コア、クラッド、必要に応じて保護層を構成する重合体のロッドを形成し、それらをシリンダに挿入し、シリンダの一端においてこのロッドを溶融しながらピストンにより他端から押圧して溶融された重合体を押し出して、図５に例示するような構造の複合紡糸ノズルの第一コア材流入孔１、第二コア材流入孔２、クラッド材流入孔３、保護層材流入孔４にそれぞれ定量的に供給し、所定の層厚になるように順次積層して多層構造とした後にノズルより吐出する方法であり、吐出された糸状体は定速で引き取られながら冷却される。
連続複合紡糸法は、押出機で連続的に各層を構成する重合体を溶融し、必要に応じて脱揮を行った後、図５に示すような複合紡糸ノズルに前述したのと同様にして定量的に供給し、所定の層厚になるように順次積層して多層構造とした後にノズルより吐出する方法であり、吐出された糸状体は定速で引き取られながら冷却される。
このような複合紡糸法を用いてＰＯＦを製造する場合、各層を構成する重合体の紡糸ノズル内での溶融接触時間を調節することにより、重合体の相互拡散距離を制御することができ、相溶層の厚さを制御することができる。
形成されたＰＯＦは、必要により、機械的特性の改善のため、紡糸後連続的にあるいは一端巻き取られた後に、熱延伸処理を施される。
次に本発明のＰＯＦケーブルについて説明する。
本発明のＰＯＦケーブルは、上記のようにして得られた２層化コアとクラッドからなるＰＯＦ、あるいはさらにクラッドの外周に保護層が形成されたＰＯＦの外周に被覆を施したものをいう。ＰＯＦに被覆を施してＰＯＦケーブルとすることにより、細いＰＯＦの取り扱いや識別を容易にしたり、外力による傷等の機械的損傷の防止、耐熱性・耐湿性の付与、外光のＰＯＦ内への侵入防止等が可能になる。
被覆材の厚みは、所望のＰＯＦの直径とＰＯＦケーブルの外形寸法に応じて適宜設定するが、通常、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲で選択される。
被覆材としては、一般には、塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。好ましい被覆材としては、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と塩化ビニル樹脂の混合物を用いることができる。これらの樹脂は、柔軟性があり曲げの応力に対して抵抗が少ない点で好ましい被覆材である。
ＰＯＦ外周への被覆材の被覆は、公知のＰＯＦケーブルの製造方法で実施することができる。例えば、ＰＯＦを被覆ダイスに通しながら、溶融した被覆材をその周囲に所定の厚みで被覆する方法によりＰＯＦケーブルを製造することができる。
［実施例］
（比屈折率差Ｙ＝０．５のＰＯＦ）
比屈折率差Ｙ＝０．５である２層化コアをもつＰＯＦとして、第一コアにポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用い、第二コアに２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート（４ＦＭ）とメチルメタクリレート（ＭＭＡ）との２元共重合体であり４ＦＭの質量分率が２０質量％である共重合体を用い、クラッドに３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，９，９，１０，１０−ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート（１７ＦＭ）／スチレン／メチルメタクリレート＝３３／６／６１（質量％）の共重合体を用いて、直径７５０μｍのＰＯＦを製造した。その際、クラッドの厚さは１０μｍとした。各層の屈折率は、第一コアが１．４９１、第二コアが１．４７６、クラッドが１．４６１であった。この場合、比屈折率差Ｙは０．５である。このＰＯＦの断面を顕微鏡を用いて観察したが、第一コアと第二コア間及び第二コアとクラッド間に形成された相溶層は視認することができず、相溶層は実質的に形成されていなかった。
ＰＯＦの製造は、各層の原料の重合体を、図５に示す構造を持つ複合紡糸ノズルを用いて所定の層厚になるように複合化を行い同心円状に多層構造とした後に、ノズルより吐出させ、定速で引き取りながら冷却し、続いて、延伸温度１４５℃で２倍延伸した後に巻き取ることによって行った。
ここで示す方法を用いて、表１に示す各コア半径比Ｘをもつ比屈折率差Ｙが０．５のＰＯＦを製造した。各層の層厚は、ノズルからの重合体の吐出量の比や吐出速度、紡糸速度、延伸倍率を変更することにより調節した。なお、表１中に記述のコア面積比は第一コアと第二コアの断面積の比を表し、例えば３０／７０は第一コアの断面積と第二コアの断面積の比が３０対７０であることを示している。
表１に、各コア半径比に対する帯域および相対帯域を示す。表中の帯域は、製造したＰＯＦについて浜松ホトニクス社製の光サンプリングオシロスコーブ（検出器）及び発光波長６５０ｎｍの光源を用いて全モード励振条件で測定した帯域を表している。測定されたＰＯＦの長さは５０ｍとした。また、相対帯域は、コア面積比５０／５０（コア半径比０．７０７）のＰＯＦの帯域を基準に規格化してある。

（比屈折率差Ｙ＝０．４のＰＯＦ）
第二コアに２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート（４ＦＭ）とメチルメタクリレート（ＭＭＡ）との２元共重合体であり４ＦＭの質量分率が２４質量％である共重合体を用いた以外は、上記の比屈折率差Ｙ＝０．５のＰＯＦと同様にして比屈折率差Ｙ＝０．４のＰＯＦを作製した。第二コアの屈折率は１．４７３であった。
表２に、各コア半径比に対する帯域および相対帯域の測定結果を示す。

（比屈折率差Ｙ＝０．２５のＰＯＦ）
第二コアに２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタクリレート（４ＦＭ）とメチルメタクリレート（ＭＭＡ）との２元共重合体であり４ＦＭの質量分率が３０質量％である共重合体を用いた以外は、前記の比屈折率差Ｙ＝０．５のＰＯＦと同様にして比屈折率差Ｙ＝０．２５のＰＯＦを作製した。第二コアの屈折率は１．４６８５であった。
表３に、各コア半径比に対する帯域および相対帯域の測定結果を示す。

上記の結果より、本発明のＰＯＦは伝送帯域が広いことがわかる。
（光伝送パワー（相対出射パワー）の評価）
次に、開口数０．６のＬＥＤからの光を、長さ５０ｍの上記の作製したＰＯＦに入射して、そのときの出射光量を測定した。
得られた出射光量は、別途作製した参照ＰＯＦの出射パワーを１としたときの相対出射パワーとして表し、これらの比較を行った。
参照ＰＯＦとしては、単層コアを持つＳＩ型ＰＯＦを用いた。この参照ＰＯＦのコア材には上記の内層コア材（ＰＭＭＡ）を、クラッド材には上記２層化コアを持つＰＯＦのクラッド材と同様のクラッド材を用いた。上記２層化コアを持つＰＯＦと同様に、ＰＯＦの外径は７５０μｍ、クラッドの厚さは１０μｍとした。
表４に、作製したＰＯＦの相対出射パワーの測定結果を示す。
表４において、Ｙが０．４以下である場合の出射パワーは、参照ＰＯＦに対して７５％以上の出射パワーを維持していることがわかる。また、コア半径比Ｘが０．７７５以上の場合においても出射パワーが大きいことがわかる。
また、帯域が広いＰＯＦであっても、表４に示されるように、比屈折率差Ｙが０．５であってコア半径比Ｘがそれぞれ０．５４８及び０．６３２であるＰＯＦは相対出射パワーが０．６９以下となり、出射パワーが小さいことがわかる。

（相溶層の有無と伝送帯域）
特開平１０−１６０９５６号公報に示されているのと同様な回転重合法で作製したＰＯＦと連続複合紡糸法で作製したＰＯＦの帯域を比較した。ここで作製した２層化コアを持つＰＯＦはどちらも、ＰＯＦの外径は７５０μｍ、クラッドの厚さは１０μｍであり、Ｘ＝０．８３７、Ｙ＝０．４とした。ただし、回転重合法で作製したＰＯＦは、顕微鏡観察によって、第一コアと第二コアとの界面付近に２１μｍの厚さの相溶層が観察されたが、連続複合紡糸法で作製したＰＯＦには相溶層は観察されなかった。
これらの伝送帯域及び相対出射パワーを上記と同様の条件で測定したところ、回転重合法で作製したＰＯＦの帯域は２１０ＭＨｚ、相対出射パワーが０．７１であったのに対し、連続複合紡糸法で作製したＰＯＦの帯域は４８０ＭＨｚ、相対出射パワーが０．８９であった。
このことより、Ｘ及びＹを同一の値に設定した場合であっても、相溶層が形成されていない場合に伝送帯域及び伝送パワーがより優れたＰＯＦを得ることができることがわかる。
（ＰＯＦケーブルの評価）
さらに、上記のＰＯＦの外周部にクロスヘッド型の被覆装置を用いて温度１５０℃で溶融されたポリエチレンを被覆し、外径２．２ｍｍのＰＯＦケーブルを得た。本発明のＰＯＦを用いて得たＰＯＦケーブルは、上記と同様帯域が広く、出射パワーが大きかった。
（光伝送装置の評価）
上記のようにして得たＰＯＦケーブルを５０ｍに切断し、その一端に、光源として発光波長６５０ｎｍのＬＥＤを用い励振ＮＡを０．３とした光源を配置し、他端に受光素子としてフォトダイオードを配置し、４００ＭＨｚの信号を伝送した。本発明のＰＯＦケーブルは良好に信号を伝送することができた。
【図面の簡単な説明】
図１は、比屈折率差Ｙが０．５のときの、コア半径比Ｘに対する相対帯域を示すシミュレーション結果のグラフである。
図２は、比屈折率差Ｙが０．６のときの、コア半径比Ｘに対する相対帯域を示すシミュレーション結果のグラフである。
図３は、比屈折率差Ｙが０．４のときの、コア半径比Ｘに対する相対帯域を示すシミュレーション結果のグラフである。
図４は、ＰＯＦのコア半径比Ｘと比屈折率差Ｙの好適な範囲を示す図である。
図５は、本発明のプラスチック光ファイバの製造に用いられる複合紡糸ノズルの一例を示す断面図である。
図６は、比屈折率差Ｙが０．３５のときの、コア半径比Ｘに対する相対帯域を示すシミュレーション結果のグラフである。
図７は、ＰＯＦのコア半径比Ｘと比屈折率差Ｙの好適な範囲を示す図である。

Claims (11)

1. 第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有し、第一コア及び第二コアがそれぞれ一種類の重合体から構成されたプラスチック光ファイバにおいて、
   前記プラスチック光ファイバは、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間に、隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されないように、或いは少なくともいずれかの層間に形成された相溶層の厚さが１０μｍ以下であるように、複合紡糸法によって製造されたものであり、
   第一コアの半径ｒ₁と第二コアの半径ｒ₂との比Ｘ＝（ｒ₁／ｒ₂）と、第二コアとクラッドの屈折率差ｎ ₂ と第一コアとクラッドの屈折率差ｎ₁ との比Ｙ＝（ｎ₂／ｎ₁）が、下記不等式
   Ｙ≦−３．３３３Ｘ＋３．１
   Ｙ≧２．５Ｘ−１．６２５
   Ｙ≧−０．８３３Ｘ＋０．９７５
   Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．３８６
   Ｙ≦０．５
   Ｙ≧０．３５
   を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
2. 第一コアの半径ｒ₁と第二コアの半径ｒ₂との比Ｘ＝（ｒ₁／ｒ₂）と、第二コアとクラッドの屈折率差ｎ ₂ と第一コアとクラッドの屈折率差ｎ₁ との比Ｙ＝（ｎ₂／ｎ₁）が、下記不等式
   Ｙ≧−１．４２９Ｘ＋１．４２９
   Ｙ≦−２．５Ｘ＋２．４
   Ｙ≦０．５
   Ｙ≧０．４
   を満たす範囲にある、請求項１に記載のプラスチック光ファイバ。
3. 第一コアと、その外周に同心円状に配置され第一コアと屈折率が異なる第二コアと、第二コアの外周に同心円状に配置されたクラッドを有し、第一コア及び第二コアがそれぞれ一種類の重合体から構成されたプラスチック光ファイバにおいて、
   前記プラスチック光ファイバは、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間に、隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されないように、或いは少なくともいずれかの層間に形成された相溶層の厚さが１０μｍ以下であるように、複合紡糸法によって製造されたものであり、
   第一コアの半径ｒ₁と第二コアの半径ｒ₂との比＝Ｘ（ｒ₁／ｒ₂）と、第二コアとクラッドの屈折率差ｎ ₂ と第一コアとクラッドの屈折率差ｎ₁ との比Ｙ＝（ｎ₂／ｎ₁）が、下記不等式
   （Ｘ−０．７０７）²＋（Ｙ−０．５）²≦０．０００４
   を満たす範囲にあることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
4. 第一コアの半径ｒ₁と第二コアの半径ｒ₂との比Ｘ＝（ｒ₁／ｒ₂）と、第二コアとクラッドの屈折率差ｎ ₂ と第一コアとクラッドの屈折率差ｎ₁ との比Ｙ＝（ｎ₂／ｎ₁）が、下記不等式
   （Ｘ−０．７７５）²＋（Ｙ−０．４）²≦０．０００４
   を満たす範囲にある、請求項１に記載のプラスチック光ファイバ。
5. 前記プラスチック光ファイバは、第一コアと第二コアとの層間及び第二コアとクラッドとの層間に、隣接する層を構成する重合体の混合物からなる相溶層が形成されないように、或いは少なくともいずれかの層間に形成された相溶層の厚さが１μｍ以下であるように、複合紡糸法によって製造されたものである、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバの外周を樹脂で被覆してなるプラスチック光ファイバケーブル。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバと、
   前記プラスチック光ファイバの一端に配置された励振ＮＡが０．３以上の発光素子と、 前記プラスチック光ファイバの他端に配置された受光素子を有する光伝送装置。
8. 請求項６に記載のプラスチック光ファイバケーブルと、
   前記プラスチック光ファイバケーブルの一端に配置された励振ＮＡが０．３以上の発光素子と、
   前記プラスチック光ファイバケーブルの他端に配置された受光素子を有する光伝送装置。
9. 請求項１から５のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバを２０ｍ以内の光伝送に用いる、プラスチック光ファイバの使用方法。
10. 請求項６に記載のプラスチック光ファイバケーブルを２０ｍ以内の光伝送に用いる、プラスチック光ファイバケーブルの使用方法。
11. 請求項７又は８に記載の光伝送装置を２０ｍ以内の光伝送に用いる、光伝送装置の使用方法。

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