CN1592862A - 塑料光纤及光纤电缆 - Google Patents
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Abstract
不组合使用光源和聚光用透镜的情况下，以及使用可见光和短距离通信的红外光的情况下，保护被膜中无不需要的传导光的传导，能够进行高质量的光通信。芯1及包层2由含有适宜的物质的树脂形成、在形成于包层2外周的保护被膜3中使用了烃类树脂的塑料光纤中，在保护被膜3的最外层形成了含有吸收特定波长的光的色素42的吸收层4。
Description
技术领域
本发明涉及芯及包层由树脂形成的塑料光纤及光纤电缆。
背景技术
近年，开发了各种如图4所示的芯101及包层102使用了含氟树脂、在近红外线中也可使用的含氟树脂塑料光纤(例如，日本专利特开平6-194549号)。例如，该塑料光纤中，芯的折射率分布以折光指数渐变型构成，能够实现以100Mbps以上的传输速度在距离100m以上的两点间的传输。
众所周知，该塑料光纤为了提高强度，在包层102的外周设置了使用烃类树脂的保护被膜103(参考图4)。附有该保护被膜的塑料光纤例如以1m左右的距离(短距离)使用时，如果光以光纤的芯101的开口数(NA)以上的角度入射，则因为保护被膜103和空气的折射率差，该光有时会在保护被膜103中传输。
例如，作为光环的光源使用的LD(半导体激光)和LED(发光二极管)中，大多数情况下同时使用聚光用透镜，但为了降低成本而不使用该聚光用透镜的情况下，从LD和LED出射的光在入射光纤前发生扩散，有时也会入射至芯101以外的保护被膜103等。这种情况下，在保护被膜103中传输的光在传输目的地等处可能会出现接收信号劣化等不良情况。
此外，在保护被膜103中传输的光如果采用具有850nm以上的波长的红外光，则它会被存在于保护被膜103中的烃类树脂吸收，所以在传输10m以上的距离时，在该传输目的地不会观测到在保护被膜103中传输的光。
但是，如果采用具有650nm等可见光范围内的波长的光，则很难引发烃类树脂的吸收现象，所以在传输目的地有时可观测到在保护被膜103中传输的光。此外，在使用波长800nm以上的红外光的情况下，在传输距离为数m这样的短距离时，在保护被膜103中传输的脉冲光有时也会到达传输目的地的受光***。
这种脉冲光入射到受光***的情况下，由于保护被膜103的折射率高于芯101的折射率，所以在保护被膜103内部传输的光的速度比在芯101内部传输的光的速度慢。因此，在保护被膜103中传输的光与在芯101内部传输的光相比出现延迟，在受光***以两个分离的脉冲被观测到。其结果是，使误码更多，出现数字通信的质量下降的问题。
本发明的目的是鉴于上述事实，提供在未组合使用光源和聚光用透镜的情况下，以及使用可见光和短距离通信的红外光的情况下，在保护被膜中无不需要的传输光的传导，能够进行高质量光通信的塑料光纤，以及具有前述塑料光纤的光纤电缆。
发明的揭示
本发明提供了塑料光纤，它是芯及包层由含有适宜的物质的树脂形成、在形成于包层外周的保护被膜中使用了烃类树脂的塑料光纤，该光纤的特征是，前述保护被膜的最外部形成了含有吸收特定波长或特定波长范围的光的色素的吸收层。
提供的上述塑料光纤的特征是，芯及包层由含氟树脂形成。
提供的上述塑料光纤的特征是，前述吸收层的构成是至少与在芯内部传导的光具有相同的波长、从外部入射至该吸收层的光被前述色素吸收，防止前述入射的光进入芯及包层内部。
提供的上述任一项记载的塑料光纤的特征是，前述吸收层通过涂布形成。
提供的上述塑料光纤的特征是，前述色素采用使用了无机物的颜料、使用了有机物的颜料或两种颜料混合而成的颜料。
本发明还提供了光纤电缆，该光纤电缆的特征是，具有上述任一项记载的塑料光纤。
对附图的简单说明
图1为表示本发明的实施方式的含氟塑料光纤的构成的截面模拟图。
图2为表示本发明的使用了含氟树脂塑料光纤的光纤电缆的一例的截面模拟图。
图3为表示本发明的使用了含氟树脂塑料光纤的光纤电缆的另一例的截面模拟图。
图4为表示以往的塑料光纤的构成的截面模拟图。
实施发明的最佳方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为表示本发明的实施方式的含氟塑料光纤的构成的截面模拟图。
本实施方式的含氟树脂塑料光纤从中心部开始依次具备芯1、包层2、保护被膜3和着色层4。特别是该着色层4中的基材41中含有蓝色色素42。
芯1中含有含氟树脂。例如，以全氟丁烯乙烯醚均聚物(折射率n1＝1.342)(旭硝子株式会社制，商品名サイトップ)为基材，然后在其中添加作为提高折射率的掺杂剂的折射率高于基材的全氟化合物，形成120μm的直径。
此外，本实施方式中的芯1例如采用预成形法(也可以是挤压成形法)，通过热扩散等方法，具有接近中心部的折射率为1.355的正态(高斯)分布的折射率分布，构成GI(折光指数渐变)型。此外，作为该芯1部分的折射率分布，例如可构成SI(突变)型。
包层2与前述芯1的基材相同，含有含氟树脂，使用了全氟丁烯乙烯醚均聚物，具有折射率n2＝1.342，形成了115μm(外径230μm)的层厚。
如上所述，本发明的光纤的芯1及包层2通过含氟能够使芯及包层材料的光分散程度有所下降。具体来讲，与其它塑料光纤，例如PMMA制光纤相比，从可见光范围到近红外范围的光分散少，与石英制光纤相比，在可见光范围内的光分散少。这种光分散的下降在芯1中掺杂了全氟化合物时更为明显、
保护被膜3为了能够吸收(近)红外光而使用尽可能排除含氟的材料，本实施方式中，作为不含氟的树脂，例如由折射率1.492的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成246μm(外径492μm)的厚度。此外，本实施方式中，该保护被膜3以折射率高于芯1及包层2的折射率的状态形成，但也可反过来。
另一方面，吸收层4的构成是至少与在芯1内部传导的光具有相同的波长、从外部入射至该吸收层4的光被后述的色素42吸收，防止从吸收层4的侧面入射的光进入芯1及包层2内部。此外，该吸收层4在基材41中使用了折射率高于保护被膜3的材料，例如形成7μm左右的厚度。本实施方式的基材41使用了折射率1.548的UV固化性环氧丙烯酸酯，通过压模形成。
考虑到主要使用了传输光的波长，例如红色或波长更长的信号光，为使这种波长的光即使从外部入射也会被吸收，防止其进入到芯1和包层2，使该吸收层4中含有能够吸收波长与芯1内的传输波长相同的外来光的色素，例如，本实施方式中含有蓝色色素42。
本实施方式的色素42由作为白色颜料的适宜的无机物(例如，TiO2、ZnO、2PbCO3等)和与该无机物混合的作为蓝色颜料的适宜的有机物(例如，酞菁、二噁嗪、蒽系等)构成。此外，本实施方式的吸收层4中，在基材41中混合了15重量％的色素42，其折射率设定得高于保护被膜3(折射率n＝1.548)，但对该混合比例无特别限定。
吸收层4通过涂布形成于保护被膜3的外周面，从附着强度考虑，本实施方式在基材41中使用了UV固化树脂，进行UV固化，但也可以在基材41中使用热固性树脂，进行热固化。从生产性考虑，作为基材41最好采用UV固化树脂，但对基材41的折射率无特别限定。
因此，本实施方式中，由于在吸收层4中混入了色素42，所以即使光从外部入射·透过该含氟树脂塑料光纤，至少波长与芯1内传输的信号光的波长相同的外来光能够在透过吸收层4的过程中与色素42相遇时被吸收。其结果是，能够防止光进入含氟树脂塑料光纤内部的芯1。
如上所述，作为吸收的波长范围，由于目前在光通信中使用近红外范围的光，所以最好在500～130nm的波长范围内能够显现出吸收作用。
本发明还提供了具有上述含氟树脂塑料光纤的光纤电缆。对光纤电缆本身的构成、结构无特别限定，如图2和图3的截面图所示。此外，所用材料也可以是公知材料。
图2所示的光纤电缆在中心具备抗拉体10，在外周面以等间隔形成了多个槽11的槽杆12的各槽11的每一个中装入了上述含氟树脂塑料光纤20。然后，在外周面卷绕挤压卷带13，再用护套14进行整体包覆。图中的符号15是为了分线时容易剥去护套14、取出电缆中的含氟树脂塑料光纤20而设置的撕开线。此外，虽然所示的是含氟树脂塑料光纤20合计装入12根的12线结构，但并不仅限于此，可适当选择槽11及含氟树脂塑料光纤20的数目。
如图3所示，一个槽11中也可装入多根(这里为4根)上述含氟树脂塑料光纤20。
如图3所示，一个槽11中装入多根含氟树脂塑料光纤20的情况下，为了防止因振动等而使含氟树脂塑料光纤20间发生冲突，可一起包覆多根含氟树脂塑料光纤20。这种情况虽然无图示，但如日本专利特开平11-231181号公报记载，可形成扁形电缆。此外，如日本专利特开平11-202171号公报记载，也可将扁平化的电缆多根层叠。
以下，对本实施方式的作用进行说明。
如前所述，对作为着色层4的基材41使用的树脂的折射率无特别限定，例如，由于可比保护被膜3的折射率高或低(本实施方式是着色层4的折射率高)，所以分不同情况进行说明。
(1)着色层4(基材41)的折射率高于保护被膜3(或相同)的情况：
例如，从光源入射至芯的特定波长λ的信号光的一部分进入到保护被膜3中。但是，因为折射率的关系，该保护被膜3和基材间不会发生全反射。因此，在保护被膜3中传导的信号光中向与吸收层4的界面前进的光可以任意角度(有时超过临界角)透过吸收层4而漏入吸收层4。其结果是，能够除去在保护被膜3中传导的光。
这里，入射至吸收层4的来自保护被膜3的光中，从该吸收层4向与外部的界面前进的光在以临界角以上向该界面前进的情况下能逃逸至外部。另一方面，在临界角以下向该界面前进的光因为发生了全反射，所以不能够从吸收层4逃逸至外部。但是，由于该吸收层4中混合了能够吸收该波长的光的色素42，所以即使是在与外部的界面发生全反射、不能够逃逸至外部的光，也可被该色素42吸收而除去。此外，从外部入射至吸收层4的外来光也同样能够被色素42吸收而除去。
(2)着色层4(基材41)的折射率低于保护被膜3的情况：
在保护被膜3中传导的光中，向与吸收层4的界面前进的光中，对应于与吸收层4的界面超过临界角前进的光透过该界面，漏到吸收层4中，所以能够除去在保护被膜3中传导的光。另一方面，未超过临界角的保护被膜3中的光在与吸收层4的界面发生全反射，但一部分光，即微观被称为所谓的衰减光(evanescentlight)进入到吸收层4。
众所周知，光的传导速度与传导介质的折射率成反比。这里，上述(2)的基材41的折射率低于(1)，所以前述衰减光以比(1)的吸收层4内的速度更快的速度在吸收层4内前进。换言之，由于单位时间的移动距离长，所以与(1)的情况相比，(2)的情况中单位时间与色素42的冲突机率更高。这样能够在短时间内快速且有效地吸收·除去进入到吸收层4中的衰减光。此外，利用色素42吸收·除去衰减光的作用，在保护被膜3中传导的光在与吸收层4的界面重复进行全反射时每次都发挥，所以在保护被膜3中传导的光能够逐渐减少。此外，从外部入射至吸收层4的外来光与(1)的情况同样，能够被色素42吸收除去。
以上，对本发明的含氟树脂塑料光纤及光纤电缆进行了详细说明，本发明的含氟树脂塑料光纤及光纤电缆虽与其它塑料制光纤同样，比石英制光纤的损失大，但由于具有挠性良好、即使增大芯1也难折断的特性，所以特别适合于LAN等短距离通信。
以下对实施例进行说明。
[例1]
对后述的比较例的塑料光纤A和本发明的塑料光纤B都采用长度为1.8m的光纤，进行比较它们的信号脉冲光的传导特性的试验。
比较例的塑料光纤A使用具有由全氟丁烯乙烯醚均聚物(折射率n1＝1.342)(旭硝子株式会社制，商品名サイトップ)制得的包层、其中心扩散了折射率高于包层的掺杂剂、形成了所要的折射率分布的芯的裸光纤(素线)，在该裸光纤(素线)外设置聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的保护被膜。
另一方面，本发明的塑料光纤B中所用的芯1、包层2及保护被膜3与比较例的塑料光纤A所用的相同。此外，在保护被膜3的外周形成作为基材41使用了UV固化性环氧丙烯酸酯、其中含有蓝色色素的吸收层4，通过适当调整线速及UV照射强度，使公知的UV照射装置发出的热量达到该塑料光纤B的软化热量以下，形成7μm的厚度。光纤A和B的芯径、包层径、保护被膜径采用同样尺寸，分别为120μm、230μm和492μm。
此外，发光源使用半导体激光(波长810nm，近红外光)，采用NA＝0.25的透镜系使脉冲宽度50ps(皮可秒，×10-12)的脉冲入射至这些塑料光纤A和B中。塑料光纤A和B的入射端面被固定在光学显微镜的载物台，使该光学显微镜的载物台略微移动，能够使脉冲从入射端面的各个位置入射。用浜松ホトニクス株式会社制试样光示波器摄影机OOS-01观察了从塑料光纤A和B的出射端面出来的脉冲波形。
(1)其结果是，通过光学显微镜的载物台将塑料光纤A和B的入射端面的芯中心位置调整到前述透镜系的焦点位置后，如果在各塑料光纤中入射脉冲，则不论是塑料光纤A或B，都无法确认在芯中传导的脉冲以外的脉冲。
(2)另一方面，在从透镜系的焦点位置开始沿塑料光纤A、B的轴方向仅向后方1mm处配置入射端面的芯中心的情况下，保护被膜3中也有来自发光源的部分脉冲，比较例的塑料光纤A观测到比在芯中传导的主脉冲延迟0.88ns、在保护被膜中传导的2次脉冲。与此相反，塑料光纤B完全未观测到比主脉冲延迟的2次脉冲(光通信受阻)。
这样能够确认可进行高质量的光通信。
[例2]
所用芯1、包层2及保护被膜3与[例1]的比较例的塑料光纤A相同，在保护被膜3的外周形成作为基材41使用了UV固化性环氧丙烯酸酯、其中含有无机颜料炭黑的吸收层4，通过适当调整线速及UV照射强度，使公知的UV照射装置发出的热量达到塑料光纤A的软化热量以下，形成7μm的厚度，藉此制得塑料光纤C。该塑料光纤C的芯径、包层径、保护被膜径采用与塑料光纤A和B同样的尺寸，分别为120μm、230μm和492μm。塑料光纤C与塑料光纤A同样，未观测到在保护被膜中传导的脉冲。
对塑料光纤A、C进行紫外线照射试验，以15mm的弯曲半径对试验后的光纤重复进行1000次的弯曲试验，比较加强层的脆化，其结果是，塑料光纤A在弯曲次数不到1000次时就断裂了，而塑料光纤C未发生断裂。由此可确认炭黑吸收了紫外线，能够防止保护被膜3的脆化。
[例3]
这里，对光纤电缆的一种进行了例示。即，如图2所示，直径11.5mm、中心具有由直径1.6mm的经过钢铁发蓝处理的钢线形成的抗拉体10、外周以等间隔形成了12条槽11的聚乙烯制槽杆12的各槽11中分别装入了1根[例1]制得的塑料光纤B，用厚0.18mm、宽30mm的聚酯制挤压卷带13卷绕3层，再用厚1.0mm的阻燃聚乙烯制护套14进行整体包覆。撕开线15采用了1000旦的对位系全芳香族聚酰胺纤维。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明是芯及包层由含有适宜的物质的树脂形成、形成于包层的外周的保护被膜部分使用了烃类树脂的塑料光纤，在保护被膜部分的最外层形成了含有吸收特定波长或特定波长范围的光的色素的吸收层，用于短距离、且高码毕特速率的光传输时，能够防止影响通信质量的在保护被膜中传导的光的产生，从而能够防止传输错误的出现。
本发明中，使来自光源的出射光在塑料光纤的芯集结成焦点，所以不需要以往使用的附有高价的透镜的封装LD和LED，或者以往作为光源所必须的外附透镜，换言之，即使是无透镜的封装化的廉价的LD和LED，也能够防止信号光在保护被膜中传导的故障的出现，进而能够降低传输装置的成本。
此外，本发明通过在塑料光纤的最外层设置吸收层，即使从外部入射波长与塑料光纤的芯中传输的信号光的波长相同的光，由于它能够被吸收层中的色素吸收，所以不会进入到芯中，干扰信号光，能够实现高质量的光通信。
本发明的塑料光纤即使在无被覆线等包覆的情况下铺设，也能够防止因日光和荧光灯的光线中包含的紫外线所造成的保护被膜的劣化。
另外，通过在塑料光纤的最外层设置着色层，在多根塑料光纤集合使用的情况下，能够容易地识别各塑料光纤，能够有效地完成多芯数的塑料光纤的各种作业。
本发明的光纤电缆具备具有上述各特性的含氟树脂塑料光纤，所以在未与聚光用透镜组合使用的情况下，或在使用可见光和短距离通信的红外光的情况下，能够排除不需要的传导光，进行高质量的光通信。
Claims (6)
1.塑料光纤，它是芯及包层由含有适宜的物质的树脂形成、在形成于包层外周的保护被膜中使用了烃类树脂的塑料光纤，其特征在于，前述保护被膜的最外部形成了含有吸收特定波长或特定波长范围的光的色素的吸收层。
2.如权利要求1所述的塑料光纤，其特征还在于，芯及包层由含氟树脂形成。
3.如权利要求1或2所述的塑料光纤，其特征还在于，前述吸收层的构成是至少与在芯内部传导的光具有相同的波长、从外部入射至该吸收层的光被前述色素吸收，防止前述入射的光进入芯及包层内部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的塑料光纤，其特征还在于，前述吸收层通过涂布形成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的塑料光纤，其特征还在于，前述色素采用使用了无机物的颜料、使用了有机物的颜料或两种颜料混合而成的颜料。
6.光纤电缆，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的塑料光纤。
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