DE69230524T2

DE69230524T2 - Optische faser mit brechungsindexverteilung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69230524T2
Application number: DE69230524T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Koike
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2012-10-23
Also published as: EP0566744A1; US5767200A; CA2098604A1; US5541247A; US5763514A; EP0566744A4; DE69230524D1; CA2098604C; JP3332922B2; KR930702690A; EP0566744B1; WO1993008488A1; KR0170358B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Multimode-Gradientenfaser, die zusammengesetzt ist aus einem Harzmaterial mit verteiltem Brechungsindex und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Im Stand der Technik ist es bekannt, optische Harze als Materialien für optische Leiter mit verteiltem Brechungsindex, einschließlich optischer Fasern, optischer Wellenleiter, optischer integrierter Schaltkreise, und Ausgangsmaterialien (Rohlinge) dafür zu verwenden.
Von den für die optischen Leiter mit verteiltem Brechungsindex verwendeten Harzen wird üblicherweise gefordert, daß diese einen hohen Anteil an Transparenz und eine genau gesteuerte Verteilung des Brechungsindex aufweisen. Insbesondere erfordert eine optische Faser mit verteiltem Brechungsindex eine genau gesteuerte radiale Verteilung des Brechungsindex in einem Harzmaterial mit einem hohen Anteil an Transparenz, um einen breiten Durchlaßbereich und einen geringen Verlust zu verwirklichen.
Die herkömmlicherweise für die Herstellung von optischen Harzmaterialien mit verteiltem Brechungsindex bekannten Techniken können grob in ein Copolymerisationsverfahren und in ein Diffussionsverfahren klassifiziert werden. Keine der gegenwärtig verfügbaren Techniken kann optische Harzmaterialien herstellen, die die oben erwähnten Erfordernisse vollständig erfüllen.
Das Copolymerisationsverfahren ist ein Verfahren, bei dem zwei oder mehr verschiedene Monomere copolymerisiert werden. Zum Beispiel offenbaren die geprüfte japanische Patentschrift (KOKOKU) Nr. 54-30301 und die nicht geprüfte japanische Patentschrift (KOKAI) Nr. 61-130904 optische Leiter mit einem Brechungsindex-Gradienten, welcher unter Verwendung der Copolymerisationsreaktion von Monomeren mit verschiedenen Reaktivitätsverhältnissen r1 und r2 und Ändern des Anteils der Monomereinheiten, die in den Polymeren, die in der frühen Phase und in der späten Phase der Polymerisation erzeugt werden, enthalten sind, hergestellt.
Dieses Verfahren macht Gebrauch von dem Unterschied zwischen den Copolymerisations- Reaktivitätsverhältnissen r1 und r2, und daher ist, je größer der Unterschied zwischen den Werten von r1 und r2 ist, es umso leichter, einen Unterschied beim Brechungsindex herzustellen; jedoch, wenn der Unterschied zwischen den Werten ansteigt, ist es wahrscheinlicher, daß die Monomere unabhängig polymerisiert werden, verglichen mit der Geschwindigkeit der Copolymerisation. Als Ergebnis tritt unvermeidbar eine Phasentrennung zwischen den Reaktionsprodukten ein. Wenn eine Schwankung bei der Brechungsindexverteilung durch eine solche Phasentrennung verursacht wird, dann tritt ein Streuverlust in dem erhaltenen optischen Leiter auf.
Wenn eine starke Phasentrennung auftritt, wird diese als Trübungsphänomen beobachtet, wobei diese Möglichkeit es vollständig unmöglich macht, das Material für Anwendungen einschließlich optischer Fasern, optischer Wellenleiter und optischer integrierter Schaltkreise zu verwenden.
Weiterhin bewirkt ein Ansteigen des Unterschieds bei dem Reaktivitätsverhältnis zwischen den Monomeren, daß ein Monomer mit einer geringeren Reaktivität als Monomer bis zur letzten Phase des Polymerisationsverfahrens übrigbleibt, und, wenn der Polymerisationsprozeß nicht vollständig abläuft, ist die erhaltene optische Vorrichtung einer Veränderung über der Zeit unterworfen, welches zur Verschlechterung von deren Eigenschaften führt.
Im Gegensatz zu dem Copolymerisationsverfahren ist das Diffusionsverfahren ein Verfahren, wobei ein Gel aus einem Monomer hergestellt wird, ein weiteres Monomer zugegeben wird und in das Gel eindiffundiert, und dann wird die Mischung vollständig polymerisiert.
Zum Beispiel wird gemäß einem Verfahren, das in der geprüften japanischen Patentschrift (KOKOKU) Nr. 52-5857 vorgeschlagen wird, ein Polymervorläufer (Präpolymergel), welches einen transparenten und dreidimensionalen vernetzten Aufbau aufweist, zuerst hergestellt, dann diffundiert ein Monomer, welches ein Polymer mit einem anderen Brechungsindex bildet, von außen ein; und die Mischung wird einer Nachbehandlung unterworfen, um vollständig polymerisiert und verfestigt zu werden, wodurch man einen optischen Leiter mit einem verteilten Brechungsindex herstellt.
Gemäß diesem Verfahren ist es jedoch notwendig, den Polymervorläufer vorab herzustellen. Weiterhin erfordert der Polymervorläufer, daß die Polymerisation in einem mittleren Stadium der Polymerisation unterbrochen wird, aber es ist nicht einfach, die Polymerisationsreaktion mit guter Wiederholbarkeit in einem Stadium, bei dem ein bestimmtes Umwandlungsverhältnis erreicht wird, anzuhalten. Die Dispersion bei dem Umwandlungsverhältnis beeinträchtigt den nachfolgenden Monomerdiffusionsprozeß, was es schwierig macht, die Verteilung des Brechungsindex des optischen Leiters genau zu steuern.
Weiterhin erfordert der Polymervorläufer, um diesen in seiner Form zu halten, daß er unter Verwendung eines polyfunktionalen Monomers, welches Vernetzungseigenschaften besitzt, hergestellt wird oder als ein Copolymer, das aus einem monofunktionalen Monomer und einem polyfunktionalen Monomer zusammengesetzt ist, hergestellt wird. Jedoch neigt ein Polymer, das ein vernetzbares Monomer enthält, dazu, eine schlechte Thermoplastizität zu zeigen, was die Behandlung nach der Polymerisation schwierig macht. Dieser Nachteil ist nicht vernachlässigbar. Insbesondere, wenn man einen länglichen optischen Leiter wie beispielsweise eine optische Faser herstellt, ist dieses Verfahren äußerst nachteilig dahingehend, daß ein Verfahren, das ein Warmziehen umfaßt, kaum anwendbar ist:
Weiterhin offenbart das US-Patent Nr. 3,718,383 von R. S. Moore eine Technik zum Bilden einer Brechungsindexverteilung. Jedoch ist eine Anwendung für eine optische Faserherstellung nicht offenbart.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, welche grundsätzlich nur eine Art von Monomer als das Ausgangsmaterial-Monomer erfordert, im Gegensatz zum Verfahren aus dem Stand der Technik, bei dem grundsätzlich zwei oder mehrere Arten von Monomeren als die Materialien unerläßlich sind. Das heißt, ein optisches Harz mit einem verteilten Brechungsindex wird über ein Verfahren, das auf einem neuen Prinzip beruht, hergestellt. Genauer gesagt, werden ein oder zwei oder mehrere Arten von Monomeren als Ausgangsmaterial oder Materialien für eine optische Harzmatrix hergestellt; ein Stoff mit einem anderen Brechungsindex, der praktisch nicht an der Polymerisationsreaktion selbst beteiligt ist, wird in das Material oder die Materialien eingemischt; und die Mischung wird in einen Polymerisationsbehälter gegeben, an den Wärmeenergie (Wärme) oder Lichtenergie (Ultraviolettstrahlung, etc.) angelegt wird. Das erhaltene optische Harz wird für eine optische Multimode-Gradientenfaser verwendet.
In anderen Worten, der Erfinder hat festgestellt, daß die Techniken aus dem Stand der Technik ein innewohnendes Problem dahingehend aufwiesen, daß sie ausgelegt sind, eine Brechungsindexverteilung grundsätzlich durch das Verfahren der Copolymerisation zu erreichen, und fand einzigartige Techniken, welche die Bildung eines verteilten Brechungsindex mittels eines Verfahrens, welches nicht die Copolymerisation verwendet, ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung stellt optische Fasern mit verteiltem Brechungsindex, welche nicht nur frei von zahlreichen Nachteilen aus dem Stand der Technik sind, die darauf zurückzuführen sind, daß diese von dem Copolymerisationsverfahren unter Verwendung von zwei oder mehreren Arten von Monomeren abhängig sind, sondern es auch den Verwendern ermöglicht, eine gute Transparenz und Steuerbarkeit der Brechungsindexverteilung und Wirtschaftlichkeit zu erfahren, als auch Verfahren zum Herstellen der optischen Faser bereit.
Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung stellt optische Gradientenfasern bereit, die aus einem Harzmaterial zusammengesetzt sind, bei welchem ein radialer Brechungsindex- Gradient gebildet ist, wie in Anspruch 1 definiert.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Multimode-Gradientenfaser bereit, wie in Anspruch 5 definiert. Das Verfahren beruht auf den zwei folgenden Verfahrensaspekten des Herstellens des entsprechenden optischen Harzes:
(A) Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Harzes mit einem verteilten Brechungsindex, wobei der Brechungsindex sich kontinuierlich in eine spezifische Richtung ändert. Bei diesem Verfahren wird eine gemischte Lösung, die wenigstens eine Art eines polymerisierbaren Monomers oder eines polymerisierbaren Monomersols und wenigstens eine Art von Stoff, dessen Löslichkeitsparameter sich um 7 (cal/cm³)1/2 oder weniger und der Brechungsindex um 0,001 oder mehr von denen des Polymers, der durch die Polymerisation des Monomers erzeugt wird, unterscheidet, enthält, in einen Polymerisationsbehälter gefüllt, und der Polymerisationsbehälter, der mit der Mischung befüllt ist, wird erwärmt oder wird mit Energiestrahlen von außen bestrahlt, so daß die Polymerisationsreaktion startet und bevorzugt von einem bestimmten Bereich aus fortschreitet, wodurch ein Konzentrationsgradient bei dem wenigstens einen Stoff durch die Polymerisationsreaktion gebildet wird.
(B) Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Harzes mit einem verteilten Brechungsindex, wobei der Brechungsindex sich in eine spezifische Richtung kontinuierlich ändert. Bei diesem Verfahren wird eine gemischte Lösung, die wenigstens eine Art eines polymerisierbaren Monomers oder polymerisierbaren Monomersols und wenigstens eine Art von Stoff, dessen Löslichkeitsparameter sich um 7 (cal/cm³)1/2 oder weniger und der Brechungsindex um 0,001 oder mehr von denen des Polymers, das durch die Polymerisation des Monomers erzeugt wird, unterscheidet, enthält, in einen Behälter, der aus einem Polymer hergestellt ist, gefüllt, und der mit der Mischung befüllte Behälter wird erwärmt oder wird mit Energiestrahlen von außen bestrahlt, während man das den Behälter bildende Polymer schwellen und in der gemischten Lösung von einer Innenwand desselben auflösen läßt, so daß die Polymerisationsreaktion startet und bevorzugt von einem bestimmten Bereich aus fortschreitet, wodurch ein Konzentrationsgradient bei dem wenigstens einen Stoff durch die Polymerisationsreaktion gebildet wird.
Genauer gesagt, bei dem Verfahren (A) werden Methylmethacrylat (MMA) oder ähnliches, welches ein polymerisierbares Monomer ist, und Brombenzol oder ähnliches, welches eine Verbindung mit einem anderen Brechungsindex ist und praktisch keine Reaktivität im Hinblick auf das polymerisierbare Monomer aufweist, in ein Polymerisationsbehälter wie beispielsweise ein Polymerisationsrohr zusammen mit Benzoylperoxid, der ein thermischer Polymerisationsradikalstarter ist, oder Benzoinmethylether, etc., der ein Ultraviolett- Radikalpolymerisationsstarter ist, und normales Butylmercaptan, etc., welches ein Kettenübertragungsreagenz ist, in einem geeigneten Anteil gegeben, und dann läßt man die Polymerisationsreaktion starten und fortschreiten, indem man Wärme oder Energie wie beispielsweise Ultraviolettstrahlen an das Polymerisationsrohr von außen anlegt.
Der Stoff mit dem anderen Brechungsindex, der keine Reaktivität aufweist, ist nicht direkt an der Polymerisationsreaktion zum Bilden der Polymerharzmatrix selbst beteiligt, aber er bildet eine Gehaltverteilung, so daß der Gehalt allmählich z. B. von der Innenwand in Richtung der Mitte des Polymerisationsrohrs (Polymerisationsbehälters) durch den Polymerisationsreaktionsprozeß ansteigt. Dies ermöglicht es, ein optisches synthetisches Harzmaterial mit verteiltem Brechungsindex zu erhalten, dessen Brechungsindex in der radialen Richtung von der Peripherie in Richtung der Mitte desselben ansteigt.
Der bei diesem Verfahren verwendete Polymerisationsbehälter kann aus gewöhnlichem Glas oder anderem unlöslichen Material sein, und der Behälter kann vorab hergestellt werden.
Bei dem Verfahren (B) wird Gebrauch von einem Polymerisationsbehälter, der aus einem Polymer hergestellt ist, das schwillt und von der Innenseite des Behälters in die zuvor erwähnte gemischte Lösung sich auflöst, wobei der aufgelöste Stoff sich in ein Monomer umwandelt, wenn er mit der gemischten Lösung in dem Behälter in Kontakt kommt. Genauer gesagt, das Schwell- und Auflösungsphänomen des Polymerisationsbehälters findet gleichzeitig mit dem Phänomen statt, bei dem das Monomer sich in ein Polymer umwandelt und von der Innenwand des Polymerisationsbehälters abtrennt. Dies ermöglicht es für den Stoff mit anderem Brechungsindex, daß dieser einen steileren Konzentrationsgradienten bildet als in dem Fall, bei dem man den zuvor erwähnten Polymerisationsbehälter verwendet, welcher nicht schwillt und sich nicht auflöst.
So ist das Verfahren (B) zum Herstellen eines optischen Harzes mit verteiltem Brechungsindex, welches einen relativ großen Brechungsindexgradienten aufweist, geeignet.
Weiterhin wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Faser, die aus einem optischen Harz mit noch höherer Transparenz hergestellt ist, bereitgestellt, wenn das H-Atom der Kohlenstoff-Wasserstoffbindung (C-H- Bindung), welches die Stoffe (das Monomer und der Stoff mit anderem Brechungsindex, der mit dem Monomer gemischt wird), die bei den zuvor erwähnten Verfahren verwendet werden, aufweisen, durch ein D-Atom (Deuteriumatom) ersetzt wird, um dadurch den Absorptionsverlust, der auf die Schwingungsmode der Ausdehnung und Zusammenziehung der C-H-Bindung zurückzuführen ist, welche in einem Bereich des sichtbaren Lichts bzw. des nahen Infrarotlichts stattfindet, zu eliminieren.
Daher stellt die vorliegende Erfindung optische Leiter in der Form von optischen Fasern bereit, welche die optischen Harzmaterialien mit verteiltem Brechungsindex verwenden, die mittels der zuvor erwähnten Verfahren hergestellt wurden. Die optischen Fasern können mittels Warmziehen des optischen Harzmaterials mit verteiltem Brechungsindex hergestellt werden.
Das Brechungsindexprofil einer optischen Faser, die mittels der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, zeigt eine genau gesteuerte glatte Kurve; daher kann eine optische Faser mit verteiltem Brechungsindex mit hervorragenden Bandeigenschaften (GI-Typ oder vom Gradiententyp, graded index type), d. h. einem Durchlaßbereich, der zweimal oder mehrfach so breit wie der einer SI(Kern-Mantel, step index)-optischen Faser mit dem gleichen relativen Brechungsindex Δ ist, erhalten werden.
Weiterhin ist es möglich, optische Fasern mit verschiedenartigen Brechungsindexverteilungen zu erhalten, indem man den relativen Brechungsindexunterschied Δ oder die Steilheit des Konzentrarionsgradiencen des Stoffs mit anderem Brechungsindex steuert.
Die optische Multimode-Faser weist ein Brechungsindexprofil des Kerns einer optischen Faser auf, die durch die folgende Formel (1) angegeben ist und der Wert α in der Formel hat einen breiten Bereich, der von 0,67 bis 6 geht:
n(r) = n&sub0;[1 - 2Δ(r/Rc)α]0,5 ...(1)
0 ≤ r ≤ Rc (Kernbereich)
wobei α der Koeffizient der Brechungsindexverteilung ist; r der Abstand von der Mittelachse des Kerns; n&sub0; der Brechungsindex an der Mittelachse des Kerns (r = 0); und Rc der Radius des Kerns ist.
Weiterhin ist Δ der relative Brechungsindexunterschied, der durch die folgende Formel (2) ausgedrückt wird:
Δ = (n&sub0;² - n&sub1;²) / 2n&sub0;² ... (2)
wobei n&sub1; der Brechungsindex an der Grenze zwischen der Hülle und dem Kern ist. Der Grenzbereich ist üblicherweise ein Bereich, der den niedrigsten Brechungsindex in einer optischen Faser aufweist. Der Brechungsindex der Hülle hat einen festgelegten Wert, der gleich oder größer als n&sub1; ist oder eine konstante Verteilung aufweist.
Wenn α einen Wert annimmt, der in den oben erwähnten Bereich fällt, steigt der Durchlaßbereich einer synthetischen optischen Harzfaser mit verteiltem Brechungsindex, die durch die vorliegende Erfindung erhalten wird, um etwa elf bis 1000-fach an, verglichen mit den jetzt im Handel erhältlichen optischen Fasern, die aus Polymermaterialien hergestellt sind.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Nachbehandeln zum Bewirken einer Vernetzung in dem Harzmaterial, das die optische Faser aufbaut. Diese Behandlung verleiht dem Harzmaterial eine hervorragende Wärmebeständigkeit.
Wie aus der oben angegebenen kurzen Beschreibung verständlich ist, wird gemäß den Basistechniken, die bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, eine optische Faser, die aus einem Harzmaterial mit verteiltem Brechungsindex zusammengesetzt ist, hergestellt, indem dem Schritt des Füllens eines Polymerisationsbehälters mit einer vorgegebenen Größe und Form und gefertigt aus einem vorgegebenen Material mit einer gemischten Lösung, die ein Monomer und einen Stoff mit einem anderen Brechungsindex, der nicht an der Polymerisation beteiligt ist, enthält, der Schritt des Zugebens eines Radikalpolymerisationsstarters, eines Kettenübertragungsmittels, etc., welche notwendig sind, um die Polymerisationsreaktion zu steuern, und der Schritt des Wärmens der Mischung von einem vorgegebenen Teil des Polymerisationsbehälters oder der Schritt des Einstrahlens von Energie wie beispielsweise von Ultraviolettstrahlen aus einer vorgegebenen Richtung oder der Schritt des Durchführens von sowohl des Wärmens als auch der Energieeinstrahlung, wie es erforderlich ist, um die Polymerisationsreaktion auszulösen und zu fördern, folgt.
Weiterhin stellt zusätzlich zu den obigen grundsätzlichen Aspekten die vorliegende Erfindung als eine bevorzugte Ausführungsform ein Ersetzen der H-Atome in dem Material durch D-Atome bereit, wodurch man weiter die Transparenz des optischen Harzes mit verteiltem Brechungsindex, das hergestellt werden soll, erhöht.
Dieser Aspekt ermöglicht es, optische Breitband-Fasern mit geringem Verlust aus optischen Harzmaterialien mit verteiltem Brechungsindex mit einem hohen Anteil an Transparenz herzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Gammastrahlen oder ähnliches an das optische Harz mit verteiltem Brechungsindex angelegt, deren Polymerisationsreaktion abgelaufen ist, oder an die optische Faser, die aus einem solchen Harz hergestellt ist, als Nachbehandlung, um eine Vernetzungsreaktion zu bewirken. Dies ermöglicht es, optische Fasern mit verteiltem Brechungsindex zu erhalten, welche eine hohe Beständigkeit gegenüber Wärme aufweisen und somit weniger anfällig gegenüber thermischer Verformung sind.
Das Nachfolgende ist eine genaue Beschreibung der vorliegenden Erfindung, welche aus Gründen der Einfachheit in acht Abschnitte aufgeteilt ist:

[1] Polymerisierbare Monomere und Stoffe mit anderem Brechungsindex bis [8] Nachbehandlung (Vernetzen)

[1] Polymerisierbare Monomere und Stoffe mit anderem Brechungsindex

Im Hinblick auf das polymerisierbare Monomer und den Stoff mit anderem Brechungsindex, die gemischt werden sollen, erfordert die vorliegende Erfindung, daß der Unterschied zwischen dem Löslichkeitsparameter des Polymers, welches durch die Polymerisation des Monomers hergestellt wird, und dem Löslichkeitsparameter des Stoffes mit anderem Brechungsindex 7 (cal/cm³)1/2 oder weniger und daß der Unterschied bei dem Brechungsindex 0,001 oder mehr beträgt.
Es gibt eine große Anzahl von Kombinationen von Materialien, mit denen die obigen Erfordernisse erfüllt werden können. Beispielsweise kann das polymerisierbare Monomer aus denen, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, und der Stoff mit anderem Brechungsindex aus denen, die in Tabelle 2 aufgeführt sind, ausgewählt werden.
Weiterhin können, solange der Unterschied bei dem Brechungsindex im Hinblick auf das Polymer, das die Polymerharzmatrix, die durch die Polymerisationsreaktion des polymerisierbaren Monomers erhalten wird, bildet, 0,001 oder mehr beträgt, Polymere oder Oligomere, die aus den in Tabelle 1 gezeigten polymerisierbaren Monomeren hergestellt werden, als der Stoff mit unterschiedlichem Brechungsindex zum Herstellen eines Brechungsindexprofils, wie die in Tabelle 2 aufgeführten Stoffe, verwendet werden.
Ebenso sind die Stoffe mit unterschiedlichem Brechungsindex nicht auf die, die in Tabelle 2 aufgelistet sind, beschränkt; z. B. können auch die folgenden verwendet werden:
Dibenzylether (Brechungsindex n = 1,562)
Phenoxytoluol (n = 1,573)
1,1-Bis-(3,4-dimethylphenyl)ethan (n = 1,564)
Diphenylether (n = 1,579)
Biphenyl (n = 1,587 [bei 75ºC])
Diphenylsulfid (n = 1,633)
Diphenylmethan (n = 1,577)
Dioctylphthalat (n = 1,486)
Dioctylphthalat hat einen relativ niedrigen Brechungsindex und ist daher einer der Stoffe mit anderem Brechungsindex, welcher für die Herstellung von Licht divergierenden optischen Leitern mittels eines Verfahrens, wobei der Stoff mit anderem Brechungsindex so verteilt wird, daß die Konzentration im Mittelbereich des Polymerisationsbehälters höher ist, geeignet ist. Tabelle 1 Tabelle 2
Das Mischverhältnis des Stoffs mit anderem Brechungsindex zu dem polymerisierbaren Monomer sollte in Anbetracht des Werts des Brechungsindex des Stoffs mit anderem Brechungsindex, der Steilheit des Gradienten des Brechungsindexprofils, welches für das zu erhaltene optische Harz erforderlich ist, der mechanischen Stärke und der für das optische Harz erforderlichen Transparenz, etc. bestimmt werden. Als praktischer Standard kann für 99 Gew.-% (Gewichtsprozent) bis 50 Gew.-% des polymerisierbaren Monomers der Stoff mit anderem Brechungsindex in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% zugemischt werden. Besonders bevorzugt wird der Stoff mit anderem Brechungsindex in einem Bereich von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf 95 Gew.-% bis 70 Gew.-% des polymerisierbaren Monomers, gemischt.
Der Löslichkeitsparameter ist eine thermodynamische Größe, welche allgemein als die Quadratwurzeln (ΔE/V)1/2 eines Wertes (Kohäsionsenergiedichte), die durch Dividieren der molaren Verdampfungsenergie ΔE einer Flüssigkeit durch ein molares Volumen V erhalten wird, definiert ist. Diese Größe wird auch auf dem Gebiet der Polymere verwendet, und deren Wert stellt ein Kriterium zum Bestimmen des Auftretens einer Phasentrennung (welches zu einer trüben Erscheinung eines optischen Harzes führt) in einem Multikomponenten-kompatiblen System bereit.
Genauer gesagt, unter der Annahme, daß die Löslichkeitsparameter des Polymers und des Stoffs mit anderem Brechungsindex δp bzw. δc sind, wenn der Unterschied δp - δc groß ist, dann tendieren diese dazu, eine Phasentrennung zu entwickeln, welche zu dem Trübungsphänomen führt. Da die vorliegende Erfindung beabsichtigt, optische Harzmaterialien bereitzustellen, erfordert dies, daß die durch die nachstehende Formel ausgedrückte Bedingung erfüllt wird, um transparente Materialien zu erhalten:
δp - δc ≤ 7(cal/cm³)1/2
Die vorliegende Erfindung spezifiziert auch einen bestimmten Unterschied beim Brechungsindex (0,001 oder mehr) zwischen der Polymerharzmatrix und dem kompatiblen Stoff (dem Stoff mit anderem Brechungsindex). Dies ergibt Werte, die notwendig sind, um den Gradienten und die Größe (der Unterschied zwischen den maximalen und minimalen Brechungsindizes) einer Brechungsindexverteilung zu erreichen, welche für ein optisches Material mit verteiltem Brechungsindex grundlegend sind, mittels der Konzentrationsverteilung in dem erhaltenen optischen Harzmaterial.
Die obigen Bedingungen bezüglich des Löslichkeitsparameters und des Brechungsindex sind wichtig, um einen ausreichenden Brechungsindex-Gradienten und zugleich eine hohe Transparenz zu ergeben.

[2] Radikalpolymerisationsstarter

Der für die Polymerisationsreaktion bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendende Radikalpolymerisationsstarter sollte bevorzugt geeignet ausgewälhlt werden, was von der Art der an das Reaktionssystem angelegten Energie abhängt. Beispielsweise können für die Wärmepolymerisation oder Infrarotpolymerisation Peroxide wie beispielsweise Benzoylperoxid (BPO) verwendet werden, während man Benzoinmethylether (BME) etc. für die Ultraviolett-Polymerisation verwendet.

[3] Energieanlegung für die Polymerisationsreaktion und Bildung des verteilten Brechungsindex

Bei der vorliegenden Erfindung gibt es keine besondere Beschränkung bezüglich der Energiearten, die bei der Polymerisationsreaktion zur Herstellung einer polymeren Harzmatrix angelegt werden. Allgemein kann jedoch eine Wärmepolymerisation unter Verwendung von Wärmeenergie oder eine Polymerisation mittels der Einstrahlung von Energiestrahlen verwendet werden.
Die anzulegenden Energiestrahlen umfassen Ultraviolettstrahlen, Infrarotstrahlen, Gammastrahlen, Elektronenstrahlen, Neutronenstrahlen, schwer geladene Partikelstrahlen und Mikrowellenstrahlen. Diese Energiestrahlen unterscheiden sich in der Übertragungsenergie und der die Polymerisation unterstützenden Energie; daher werden, wie später diskutiert wird, die Art, Stärke und Einfallrichtung (oder deren zeitabhängige Änderung) der Energiestrahlen und ein Radikalpolymerisationsstarter geeignet ausgewählt, um dadurch das Brechungsindexprofil eines herzustellenden optischen Harzes zu steuern.
Zuerst wird das üblichste Beispiel beschrieben, wobei ein Glasrohr als Polymerisationsbehälter verwendet wird, und Energiestrahlen werden von der Außenseite des Glasrohres eingestrahlt, um die Polymerisation von einem Bereich in der Nähe der Innenseite des Glasrohres zu starten.
Wenn ein Radikalpolymerisationsstarter oder ähnliches zu einer gemischten Lösung des polymerisierbaren Monomers und des Stoffs mit anderem Brechungsindex, welcher nicht an der Polymerisation beteiligt ist, zugegeben wird und Energiestrahlen wie beispielsweise Infrarotstrahlen angelegt werden, erzeugt der Radikalpolymerisationsstarter ein Radikal, wodurch man die Polymerisationsreaktion startet. Unter einer normalen Bedingung, wobei die Energiedichte in der Nähe der Innenwand am höchsten ist, beginnt die Polymerisationsreaktion in der Nähe der Innenwand des Glasrohres und schreitet allmählich in Richtung des Mittelbereiches fort. Als Ergebnis wird ein hoher Umwandlungsbereich in der Nähe der Innenwand des Glasrohres gebildet, und das Polymer wird bevorzugt in dem Bereich ausgesondert, wobei ein Hauptteil des Volumens des äußeren Teils besetzt wird.
Auf der anderen Seite schreitet die Polymerisationsreaktion im Mittelbereich des Glasrohrs langsam fort, und daher bewegt sich der Stoff mit anderem Brechungsindex, welcher in der Nähe der Innenwand vorlag, als die Reaktion startete, allmählich zu dem Mittelbereich und sammelt sich an dem Mittelbereich, wobei dieser die Form einer konzentrierten gemischten Lösung annimmt. In dem letzten Stadium des Polymerisationsreaktionsprozeß erreicht die Polymerisationsreaktion den Mittelbereich, während die Konzentration des Stoffs mit anderem Brechungsindex im Mittelbereich besonders hoch ist.
Folglich ist, wenn die Polymerisationsreaktion beendet ist, die Konzentration des Stoffs mit anderem Brechungsindex so verteilt, daß die Konzentration im Mittelbereich hoch ist und allmählich in Richtung der Peripherie abnimmt. Wenn der Stoff mit anderem Brechungsindex einen größeren Brechungsindex als die Polymerharzmatrix aufweist, bewirkt der hohe Brechungsindex einen relativ großen Beitrag in dem Bereich mit hoher Konzentration, wodurch man einen Bereich mit einem höheren Brechungsindex, verglichen mit dem Bereich mit niedriger Konzentration, erzeugt. Es ist überflüssig zu erwähnen, daß, wenn der Stoff mit anderem Brechungsindex einen geringeren Brechungsindex als den der Polymerharzmatrix aufweist, dann die Beziehung zwischen der Brechungsindexver teilung und der Konzentrationsverteilung des Stoffs mit anderem Brechungsindex umgekehrt ist.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist es möglich, ein optisches Harz mit verteiltem Brechungsindex herzustellen, indem man einen Stoff mit hohem Brechungsindex als Stoff mit anderem Brechungsindex auswählt. Das erhaltene optische Harz wird dann als Rohling verwendet und einem Warmziehen unterworfen, um die optische Faser mit verteiltem Brechungsindex zu erhalten.
So neigen, wenn Energiestrahlen mit relativ geringer Eindringungskraft von der Außenseite des Polymerisationsbehälters angelegt werden, die Stoffe mit anderem Brechungsindex dazu, sich im Mittelbereich anzusammeln. Wenn die Energie nur auf den Umgebungsbereich konzentriert wird, bis die Polymerisationsreaktion bis zu einem beträchtlichen Ausmaß fortgeschritten ist, wird die Tendenz weiter verstärkt und ein relativ steiler Brechungsindexgradient wird in einem engen Bereich gebildet.
Im Gegensatz zu dem Obigen neigt, wenn Energiestrahlen mit relativ hoher Eindringungskraft aus jeder Richtung in Richtung des Mittelbereichs des Polymerisationsbehälters (der Polymerisationsbehälter wird in vielen Fällen gedreht) angelegt wird, der Stoff mit anderem Brechungsindex dazu, verteilt zu werden, wobei er sich in Richtung des peripheren Bereichs verteilt, und ein leichter Brechungsindexgradient wird erhalten. Weiterhin ist es, wenn beispielsweise Mikrowellenenergie auf den Mittelbereich konzentriert wird, theoretisch möglich, einen Bereich mit einer höheren Konzentration des Stoffs mit anderem Brechungsindex in dem peripheren Bereich als in dem Mittelbereich zu bilden. Natürlicherweise liegt in diesem Fall der resultierende Brechungsindexbereich, der gebildet wird, in umgekehrter Richtung vor, wie er in dem Standardfall gebildet wird.

[4] Polymerisationsbehälter

Der meistens üblicherweise verwendete Polymerisationsbehälter ist ein Glasrohr, wie oben erwähnt, aber verschiedenartige andere Typen sind im Hinblick auf die Form, Abmessungen und das Material denkbar.
Die Form und Abmessungen des Polymerisationsbehälters bestimmen die Form und Abmessungen eines optischen Harzes mit verteiltem Brechungsindex, welches nach Ablauf der Polymerisationsreaktion erhalten werden soll; daher kann die Gestaltung des Behälters im Hinblick auf eine gewünschte Form und die gewünschten Abmessungen ausgewählt werden. Wenn man beispielsweise eine optische Faser mittels Warmziehens eines Rohlings herstellt, ist es angebracht, einen Behälter auszuwählen, dessen Innenwand eine Form, die der Form und den Abmessungen des Rohlings entspricht, aufweist.
Allgemein sollte die Form jedoch völlig optional sein. Grundsätzlich gibt es keine Beschränkungen im Hinblick auf die Abmessungen; daher ist es erwünscht, Abmessungen auszuwählen, die für ein Arbeitsverfahren zum Herstellen der optischen Faser, welches das Endprodukt nach Ablauf der Polymerisation ist, vorteilhaft sind.
Im Hinblick auf das Material des Polymerisationsbehälters, wenn der Behälter in dem zuvor erwähnten Verfahren (A) verwendet werden soll, sollte ein Material, welches keine Reaktivität oder Löslichkeit im Hinblick auf die gemischte Lösung des polymerisierbaren Monomers und des Stoffs mit anderem Brechungsindex und Additiven wie beispielsweise dem Polymerisationsstarter aufweist, ausgewählt werden. Es ist natürlich wünschenswert, daß das ausgewählte Material eine glatte Durchdringung oder Transmission der Energie, die verwendet werden soll, vom Standpunkt des Energiewirkungsgrades während der Polymerisationsreaktion erlaubt.
Wie zuvor erwähnt, werden im Fall des Polymerisationsbehälters, der bei dem Verfahren (B) verwendet wird, Polymermaterialien, welche eine Schwellungstendenz im Hinblick auf die Monomere zeigen, verwendet.
Wenn eine Monomerlösung, die den Stoff mit anderem Brechungsindex und den Radikalpolymerisationsstarter enthält, in einen Röhrenbehälter, der beispielsweise aus einem Polymer hergestellt ist, gegeben wird, schwillt die Innenwand des Behälters, welche mit der Monomerlösung in Kontakt ist, an, wenn die Zeit verstreicht. Als Ergebnis wird eine laminar geschwollene Phase in dem Innenwandbereich gebildet. Die Konzentration des Polymers in der geschwollenen Phasenschicht ist nicht gleichförmig; die Konzentration des Polymers, das aus dem Polymerisationsrohr eluiert wird, nimmt allmählich in Richtung des Mittelbereichs mit Abstand von der Innenwand des Polymerisationsrohrs ab. Das bedeutet, daß eine verteilte Konzentration des Polymers in der geschwollenen Phase gebildet wird.
In diesem Stadium erzeugt, wenn Energiestrahlen von der Außenseite des Polymerisationsrohrs angelegt werden, der Radikalpolymerisationsstarter ein Radikal, und die Polymerisationsreaktion wird in der Nähe der Innenwand des Polymerisationsrohrs, wie in dem Fall, bei dem ein Glasrohr verwendet wird, gestartet. In diesem Fall existiert die geschwollene Phasenschicht, welche das Polymer, das in die Monomerlösung eluiert wird, ist, und die Schicht weist eine gute Kompatibilität mit dem Polymer auf; daher beginnt das Polymer sich in einem Stadium, in dem das Umwandlungsverhältnis des gesamten Reaktionssystems noch relativ gering ist, zu trennen.
Dieses frühe Abtrennungsphänomen ist insbesondere in einem Bereich mit einer hohen Konzentration des eluierten Polymers in der geschwollenen Schicht bemerkenswert, wobei man so einen Konzentrationsgradienten des Stoffs mit anderem Brechungsindex, der in dem abgetrennten Polymer verbleibt, bildet. Wenn das Umwandlungsverhältnis des gesamten Systems ansteigt, sammelt sich die nicht umgewandelte Monomerlösung, die den konzentrierten Stoff mit anderem Brechungsindex enthält, in dem Mittelbereich an. Zum Ende des Polymerisationsreaktionsprozeß polymerisiert das Monomer, während der Stoff mit anderem Brechungsindex mit einer beträchtlich hohen Konzentration mitvorliegt, wodurch man eine Polymerharzmatrix bildet.
Allgemein ausgedrückt, da das Polymer in einem frühen Stadium aufgrund der Bildung der geschwollenen Phasenschicht abgetrennt wird, fängt das Polymer an, sich aus einem Bereich in der Nähe der Innenwand des Polymerisationsbehälters mit höherer Priorität abzutrennen, als es der Fall sein würde, bei dem ein Glas oder ein anderer Polymerisationsbehälter, welcher nicht anschwillt, verwendet wird, wodurch man folglich einen größeren Konzentrationsunterschied des Stoffes mit anderem Brechungsindex zwischen der Nähe der Innenwand und dem Mittelbereich des Behälters erzeugt. In anderen Worten, der Wert des Peaks (oder die Tiefe des Tals) der Brechungsindex- Verteilungskurve des erhaltenen optischen Harzmaterials steigt an.

[5] Solbildung des polymerisierbaren Monomers

Als ein Mittel zum Steilermachen des Brechungsindex-Gradienten, zusätzlich zu dem Verfahren, bei denen ein Polymer-Polymerisationsbehälter wie in [4] beschrieben, verwendet wird, gibt es ein Verfahren, wobei ein polymerisierbares Monomer vorab in ein Sol umgewandelt wird.
Die Solbildung des polymerisierbaren Monomers, bevor die Polymerisationsreaktion gestartet wird, läßt eine Polymertrennung in einem frühen Stadium auftreten und erschwert es auch, diese mit dem Stoff mit anderem Brechungsindex zu mischen, wodurch man einen größeren Konzentrationsgradienten des Stoffs mit anderem Brechungsindex bildet. Folglich ermöglicht auch das Durchführen der Solbildung vorab, den Wert der Peakhöhe (oder die Tiefe des Tals) der Kurve der Brechungsindexverteilung zu erhöhen.

[6] Deuterierung

Es ist erwünscht, daß die Transparenz, d. h. die Durchlässigkeit eines optischen Harzmaterials mit verteiltem Brechungsindex insbesondere bei den Arbeitswellenlängen einer optischen Vorrichtung, die aus dem Material hergestellt ist, hoch ist. Wenn das Harzmaterial verwendet wird, tritt jedoch eine optische Absorption, die auf die Ausdehnungs- und Zusammenziehungs-Schwingungsmode der Kohlenstoff-Wasserstoffbindung (C-H- Bindung) zurückzuführen ist, unvermeidbar auf und die Absorptionspeak-Wellenlänge fällt in einigen Fällen mit der Arbeitswellenlänge zusammen. Die Absorptionswellenlänge, welche der Grundschwingung der C-H-Bindungsausdehnungs- und -zusammenziehungsschwingung entspricht, beträgt 3390 nm, während die Absorptionswellenlängen, welche der vierten harmonischen, der fünften harmonischen, der sechsten harmonischen und der siebten harmonischen Oberschwingung entsprechen, 901 nm, 736 nm, 627 nm bzw. 549 nm sind. Die Wellenlängen, die den vierten, fünften, sechsten und siebten harmonischen Oberschwingungen entsprechen, fallen in den Wellenlängenbereich, welcher hauptsächlich auf dem Gebiet der optischen Kommunikation verwendet wird. Wenn Materialien, die die C-H-Bindung aufweisen, verwendet werden, um optische Leiter herzustellen, beträgt der theoretische Schwellwert-Transmissionsverlust 37 dB/km bei λ = 516 nm, 35 dB/km bei λ = 568 nm und 106 dB/km bei λ = 580 nm. Bislang wurden etwa 0,20 dB/km (λ &sim; 1300 nm) mit einer quarzoptischen Faser erreicht, und von den obigen Transmissionsverlustwerten kann man nicht sagen, daß sie auf einem zufriedenstellenden Niveau sind.
Wo die C-H-Bindung, die in Molekülen des optischen Harzmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist, durch die C-D-Bindung ersetzt ist, verschwinden die Absorptionspeaks bei 3390 nm der Grundschwingung und bei 901 nm, 736 nm, 627 nm und 549 nm der vierten, fünften, sechsten bzw. siebten harmonischen Oberschwingung, an deren Stelle die Absorptionspeaks bei 4484 nm, 808 nmm 704 nm und 626 nm erscheinen, was der Grundschwingung, der sechsten harmonischen, der siebten harmonischen bzw. der achten harmonischen Oberschwingung entspricht.
In diesem Fall, verglichen mit dem Fall der C-H-Bindung, wird das Absorptionswellenlängenband zu einem Bereich mit längeren Wellenlängen verschoben; daher sind die Größen der harmonischen Oberschwingungen bei den Absorptionspeaks unterhalb des nahen Infrarotbereichs (etwa 750 nm oder weniger), wo ein Hauptproblem bei der praktischen Verwendung auftritt, größer als im Fall der C-H-Bindung, und somit tritt keine starke Absorption auf. Die theoretischen Werte für den Schwellwert-Transmissionsverlust betragen 9,1 dB/km bei λ = 680 nm, 14 dB/km bei λ = 780 nm und 39 dB/km bei λ = 850 nm, was die deutlich verbesserten Werte, verglichen mit dem Fall der cm-Bindung, zeigt.
Um ein optisches Harzmaterial, dessen C-H-Bindung durch die C-D-Bindung ersetzt ist, zu erhalten, kann ein MMA-d8-Monomer, dessen H-Atom durch ein D-Atom ersetzt ist, beispielsweise für die Polymerisation verwendet werden, um ein Harz zu erhalten. Es ist überflüssig zu erwähnen, daß ein Stoff mit anderem Brechungsindex, welcher kein H- Atom enthält, bevorzugt verwendet werden soll.

[7] Transmissionsband (Durchlaßbereich)

Wenn optische Fasern für die Kommunikation verwendet werden sollen, ist es natürlich erforderlich, daß der Übertragungsverlust minimiert wird, weil die optischen Signale über eine große Entfernung übertragen werden. Es ist eine wohlbekannte Tatsache, daß ein breiter Durchlaßbereich (Transmissionsband) ein bedeutender Faktor zum Erhalten einer Übertragung einer großen Informationsmenge mit hoher Geschwindigkeit ist. Der Durchlaßbereich einer Einzelmode-optischen Faser, die aus einem Quarzmaterial hergestellt ist, welches zur Zeit erhältlich ist und üblicherweise für einen Kommunikationskanal (communication trunk line) verwendet wird, beträgt etwa einige Zehn GHz · km.
Auf der anderen Seite tritt eine optische Faser, die aus einem im Handel erhältlichen Polymermaterial hergestellt ist, nur in dem Multimode-Kern-Manteltyp (Multimode-SI- Typ) auf, und dessen Durchlaßbereich ist äußerst eng, etwa 5 MHz · km im Hinblick auf einen berechneten Wert und 6 MHz · km im Hinblick auf einen gemessenen Wert (Δ = 0,057). Der Durchlaßbereich der optischen Multimode-Faser hängt von dem Unterschied beim Brechungsindex zwischen dem Kern und der Hülle ab, hängt aber auch stark von dem Verteilungsprofil des Brechungsindex ab.
Der Einfluß, der durch das Profil der Brechungsindexverteilung auf den Durchlaßbereich ausgeübt wird, wird nun diskutiert.
Gemäß dem üblicherweise für das Studium der Eigenschaften einer optischen Faser mit verteiltem Brechungsindex verwendeten Ausdruck wird die Brechungsindex-Verteilung in dem Kernbereich in Größen der oben erwähnten Formel (1) ausgedrückt. Diese wird ausgedrückt als:
n(r) = n&sub0;[1 - 2Δ(r/Rc)α]0,5 ...(1)
0 ≤ r ≤ Rc (Kernbereich)
wobei α der Koeffizient der Brechungsindexverteilung ist; r der Abstand von der Mittelachse des Kerns; n&sub0; der Brechungsindex an der Mittelachse des Kerns (r = 0); Rc der Radius des Kerns, Δ der relative Brechungsindexunterschied, welcher in der Formel (2), wie zuvor erwähnt, ausgedrückt wird. Wie die Formel (1) kann die Formel (2) umgeschrieben werden, wie unten gezeigt:
Δ = (n&sub0;² - n&sub1;²) / 2n&sub0;² ...(2)
wobei n&sub1; der Brechungsindex an der Grenze zwischen der Hülle und dem Kern ist. Es wurde bereits erwähnt, daß dieser Grenzbereich normalerweise den niedrigsten Brechungsindex in einer optischen Faser aufweist und daß der Brechungsindex der Hülle einen festgelegten Wert, der gleich n&sub1; oder größer als n&sub1; ist oder eine konstante Verteilung aufweist.
Wie die Brechungsindexverteilung sich mit dem Wert für α ändert, ist in Fig. 1 gezeigt. "A" bis "F" in der Figur entsprechen den folgenden Werten von α:
A: α = 0,5
B: α = 1,0
C: α = 2,0
D: α = 5,0
E: α = 10,0
F: α = ∞
"Rp" bezeichnet den Radius der optischen Faser einschließlich der Hülle.
Der Fall F: α = ∞ gibt den Kern-Manteltyp wieder.
In diesem Fall ist es bekannt, daß die folgende Beziehung zwischen der Impulsantwort, welche direkt mit der Breite des Durchlaßbereichs korreliert ist, und dem Wert für α besteht. In der Formel bezeichnet T die Ausbreitungszeit der Impulsantwort, welche der Unterschied in der Gruppenlaufzeit von der Schwingung mit niedrigster Ordnung zu der Schwingung mit höchster Ordnung ist.
Wenn α ≠ 2,
H(τ) = [(α + 2) / α] · [τα/2 / T(α+2)/a] ...(3)
wobei T = (N&sub1;/c)Δ · [(α - 2) / (α + 2)].
Wenn α = 2,
H(τ) = [1/T] ...(4)
wobei T = (N&sub1;/c) · (Δ² /2).
Weiterhin kann der α-Wert, welcher einen maximalen Durchlaßbereich bereitstellt, durch die folgende Formel (5) angegeben werden:
αopt = 2 + 2,4Δ ... (5)
Wenn einer der typischen Werte, 0,01, für Δ in dem optischen Leiter mit verteiltem Brechungsindex gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt wird, ist αopt 2,02.
Aus praktischer Hinsicht zeigt der Durchlaßbereich eine bedeutende Verbesserung, wenn der Wert für α näher an 2 ist. Weiterhin ist, wenn das Ergebnis der Berechnung, die durch Ersetzen der rechten Seite der Formel (5), welche den optimalen Wert von α angibt, in die rechte Seite der Formel (3) durchgeführt wird, mit der Impulsantwort in dem Fall von α = ∞ (SI-Typ) verglichen wird, das Verhältnis der Gruppenlaufzeit zwischen diesen Δ/2. In anderen Worten, wenn Δ einen normalen Wert annimmt, ist der Unterschied in der Gruppenlaufzeit im Hinblick auf αopt auf etwa 1/200 im Fall des SI-Typs verringert. Das bedeutet, daß die Verzerrung der eingegebenen optischen Signalwellenform, welche während der optischen Übertragung auftritt, äußerst gering ist.
Weiterhin ergibt, wenn ein maximaler Wert fmax der Übertragungsgeschwindigkeit der eingegebenen optischen Pulse unter der Bedingung eines normalen αopt-Werts berechnet wird, welcher für den Brechungsindex angenommen wird, das Ergebnis der Berechnung 1,722/Δ² [Mb · km/sec]. Wenn Δ mit 0,01 ersetzt wird, ist das Ergebnis 17,22 [Gb · km/sec]. Ein Durchlaßbereich f3dB (eine Frequenz, die eine 3 dB Dämpfung ergibt) kann durch die folgende Formel (6) ausgedrückt werden; daher ist f3dB = 2,4 GHz · km wenn α = 2 und Δ = 0,01. Dieser Wert ist 1140 mal der Wert des Durchlaßbereiches (theoretischer, berechneter Wert) einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser (α = ∞; Δ = 0,057).
f3dB = 0,6/T ...(6)
Wenn von α &sim; 10 angenommen wird, daß dieses einen Fall wiedergibt, wo α beträchtlich von dem optimalen Wert abweicht, und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit fmax aus dem Wert des Unterschiedes bei der Gruppenlaufzeit abgeschätzt wird, dann beträgt die maximale Übertragungsgeschwindigkeit fmax 0,129, und der Durchlaßbereich f3dB beträgt 18 MHz · km. Dies ist 1,5 mal der Wert der SI-optischen Faser mit dem gleichen relativen Brechungsindexunterschied Δ, oder 8,6 mal der Wert einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser.
Somit kann, sogar wenn der Wert für α beträchtlich groß ist, der Durchlaßbereich (das Transmissionsband) verbessert werden, verglichen mit dem Fall einer SI-optischen Faser.
Auch, sogar wenn der Wert für α sich von dem optimalen Wert zu einem kleineren Wert verschiebt, kann eine ähnliche Verbesserung des Durchlaßbereichs erhalten werden. Wenn der Unterschied bei der Gruppenlaufzeit, wenn α = 1 ist, beispielsweise ohne Änderung der Bedingung des Brechungsindexunterschieds bestimmt wird, ist der Wert ein Drittel desjenigen vom SI-Typ. Weiterhin beträgt, sogar wenn α = 0,1 ist, der Wert das 0,9- fache, und dieser wird das 6,3-fache, wenn die Bedingung für den Brechungsindexunterschied einer im Handel erhältlichen optischen Polymerfaser angewendet wird.
Wenn ein Bereich, in dem der Durchlaßbereich zweimal oder mehrfach so breit wie der des SI-Typs ist, bestimmt wird, wobei der Brechungsindexunterschied unverändert ist, ist das Ergebnis etwa 0,67 ≤ α ≤ 6.

[8] Nachbehandlung (Vernetzen)

Nach Beenden der Polymerisationsreaktion zum Herstellen einer Polymerharzmatrix, wenn das notwendige Warmziehen oder ein weiteres Verfahren beendet wurden, um das Produkt fertigzustellen, wird eine Vernetzungsreaktion ausgelöst, indem man Gammastrahlen, Elektronenstrahlen oder ähnliches als Nachbehandlung anlegt, um eine optische Faser mit hoher Wärmebeständigkeit herzustellen. Diese Nachbehandlung stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Wenn ein optischer Leiter mit verteiltem Brechungsindex unter Verwendung der Materialien, die in der Erläuterung von Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgeführt werden, und gemäß dem Verfahren (A) oder (B) gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, sind die Polymerketten, die die Polymerharzmatrix aufbauen, praktisch nicht vernetzt;
daher kann das Produkt deformiert werden, wenn es bei hohen Temperaturen verwendet wird.
Daher wird, wenn von dem optischen Leiter anzunehmen ist, daß er bei hohen Temperaturen verwendet wird, in dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren (A) oder (B) ein Monomer, welches eine vernetzbare Gruppe aufweist, die die Vernetzungsreaktion durch die Bestrahlung mit Gammastrahlen auslöst, beispielsweise als das polymerisierbare Monomer verwendet, und die Vernetzungsreaktion durch Bestrahlung mit Gammastrahlen wird durchgeführt, nachdem der optische Leiter hergestellt ist, wodurch man die Wärmebeständigkeit verbessert.
Beispielsweise ist eine der gewünschten vernetzbaren Gruppen für diesen Zweck die Epoxygruppe wie z. B. eine Glycidylgruppe, etc.
Für Monomere, von denen angenommen wird, daß sie bei der Nachbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam sind, und die vernetzbaren Gruppen aufweisen, können Glycidyl(meta-)acrylat, β-Methylglycidyl(meta-)acrylat, Allylglycidylether und p-Vinylbenzosäureglycidyl als erstes als Vinylmonomere, die die zuvor erwähnte Glycidylgruppe aufweisen, aufgezählt werden.
Weiterhin können Epithio(meta-)acrylat, Dicyclobentynyl(meta-)acrylat, 2-(p- Vinylphenyl)propylenöxid, 4-Vinylepoxycyclohexan, 6-Vinylepoxynorbornan, 6- Ethylidenepoxynorbornan, Vinylcinnamat, α-Cyanocinnamatvinyl, Vinylcinnamylidenpyruvat und (meta-)Cinnamylacrylat verwendet werden als auch Vinylmonomere mit Isophorongruppen.
Die Obigen sind typische Beispiele; jedoch können von dem grundsätzlichen Standpunkt aus Monomere mit jeglichen Vernetzungsgruppen verwendet werden, solange wie das Erfordernis, daß die Gruppenwährend des Polymerisations-Reaktionsprozesses, durch den eine Polymerharzmatrix gebildet wird, inaktiv sind und daß die Vernetzungsreaktion nicht gestartet wird, bevor eine die Vernetzungsreaktion anregende Energie nach Ablauf der Polymerisierung oder Beendigung des nachfolgenden Warmziehens erfüllt werden kann.
In anderen Worten, die Vernetzungsreaktion wird unter Verwendung von Energie, die von der verschieden ist, die für die Polymerisationsreaktion zum Herstellen der Polymerharzmatrix verwendet ist, angeregt.
Beispielsweise ist es möglich, wenn die Polymerharzmatrix durch thermische Radikalpolymerisation gebildet wird, die Vernetzungsreaktion durch Bestrahlen des Harzes mit Elektronenstrahlen oder durch Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen, etc., durchzuführen.
Als einer der Vernetzungsreaktionstypen, die durch die Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen erreicht werden, gibt es ein Verfahren unter Verwendung eines Photokation-Vernetzungsstarters. Um dieses Verfahren durchzuführen, wird eine geeignete Menge (üblicherweise 1 bis 5 Gew.-%) des Photokation-Vernetzungsstarters zu dem Monomermaterial zur Bildung der Polymerharzmatrix zugegeben. Es gibt keine besondere Beschränkung im Hinblick auf die Art des zu verwendenden Photokation- Vernetzungsstarters, und die im Stand der Technik bekannten Starter können entsprechend ausgewählt werden. Spezifische Beispiele umfassen Aryldiazoniumsalz, Diallyliodoniumsalz, Triarylsulfoniumsalz, Triarylselensalz, Dialkylphenacylsulfoniumsalz, Dialkyl-4-hydroxysulfoniumsalz, Sulfonatester, Eisen-Allen-Verbindungen und Silanol- Aluminium-Komplexe.
Es ist natürlich auch möglich, die Vernetzung durch die Radikalreaktion mittels Ultraviolettstrahlen oder sichtbarem Licht anzuregen. In diesem Fall kann die Vernetzungsreaktion durch Verwendung eines optischen Starters beschleunigt werden.
Wenn Lichtenergie wie beispielsweise Ultraviolettstrahlen oder sichtbares Licht verwendet werden, sollte man jedoch Vorsicht walten lassen, da eine übermäßige Lichtintensität zu einem Färbungsphänomen führen kann.
Vorsicht sollte man auch im Hinblick auf die Tatsache walten lassen, daß die Abmessungen (der Durchmesser), die für die Nachbehandlung geeignet sind, in Abhängigkeit von der Durchdringungskraft der anzulegenden Energiestrahlen variieren. Beispielsweise gibt es bei einem Rohling für das Warmziehen in einem optischen Leiter keine Beschränkung im Hinblick auf die Abmessungen des Rohlings selbst, aber, wenn der optische Leiter nach dem Warmziehen zu dick ist, kann dies eine schlechte Vernetzungsreaktion verursachen. Insbesondere haben Ultraviolettstrahlen, Elektronenstrahlen, etc. eine geringe Durchdringungskraft, und daher sollte dies berücksichtigt werden. Im Fall der Ultraviolettstrahlen sollte der Durchmesser des Materials 20 mm nicht überschreiten. Der Durchmesser des Materials, der es Ultraviolettstrahlen mit normaler Wellenlänge und Intensität erlaubt, den Mittelbereich des Materials vollständig zu durchdringen, beträgt etwa 3 mm; ein Durchmesser von 1 mm oder weniger ist besonders bevorzugt.
Mehrere Beispiele, die die anzulegende Energie betreffen, sind oben beschrieben worden. Allgemein sollten jedoch die zu verwendende Energieart und die Bestrahlungsbedingungen unter Berücksichtigung sämtlicher Faktoren einschließlich der Zusammensetzung, der Abmessungen und des Molekulargewichts eines Polymers, des Gehalts an vernetzbaren Gruppen, etc. bestimmt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird es als praktisch angesehen, die Vernetzung mittels Gammastrahlen oder Elektronenstrahlen unter den verschiedenartigen Bestrahlungen im Hinblick auf die Bedingungen wie beispielsweise die Art des Monomermaterials, das üblicherweise verwendet werden soll, zu bewirken.
Details der vorliegenden Erfindung werden oben beschrieben und einige ergänzende Erläuterungen werden nun gegeben.
Zunächst weist die vorliegende Erfindung keine Beschränkung, abgesehen von denen, die in den Ansprüchen 1 und 5 definiert sind, im Hinblick auf die gleichzeitige Auswahl oder Kombination von mehreren Monomerarten als Materialien für eine Polymerharzmatrix, die Stoffarten mit anderem Brechungsindex, den Arten oder Bedingungen der anzulegenden Energie, und der Radikal-Polymerisationsstarter, die gemäß den weiteren Faktoren auszuwählen sind, auf.
Weiterhin sollte die Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet werden, daß durch geeignetes Auswählen und Kombinieren der obigen Faktoren verschiedenartige Erfordernisse für die optischen Harze, die hergestellt werden sollen, wie beispielsweise die optischen Eigenschaften (Brechungsindexverteilung, Transparenz, spektrale Transmissionseigenschaften, Beständigkeit gegenüber Strahlungsschäden, etc.), mechanische Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, etc.) und chemische und thermische Eigenschaften (Beständigkeiten gegenüber Chemikalien, Feuchtigkeit und Wärme, der thermische Ausdehnungskoeffizient, etc.) erfüllt werden können.
Zweitens wird in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung einschließlich der später beschriebenen Ausführungsformen die Radikal-Polymerisation als die Art der Polymerisationsreaktion, die verwendet werden soll, erwähnt. Dieses bedeutet jedoch nicht, daß es die Erfindung beschränkt, sondern gibt lediglich den technischen Hintergrund wieder, daß die Radikal-Polymerisation unter Verwendung von thermischer oder optischer Energie die industriell üblicherweise am meisten verwendete ist. Folglich hat die Erfindung keine Schwierigkeiten beim Verwenden weiterer Polymerisationsverfahren einschließlich der anionischen Polymerisation und der kationischen Polymerisation zusätzlich zu der Radikal- Polymerisation.
Die Nachbehandlung mittels Vernetzen wird normalerweise durchgeführt, um die Wärmebeständigkeit zu erhöhen; jedoch schließt dieses insbesondere nicht die Verwendung eines optischen Leiters aus, welcher einer Nachbehandlung durch Vernetzung unterwarfen wurde, sogar unter Bedingungen, wo hohe Temperaturen nicht vorhergesagt wurden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Abhängigkeit der Brechungsindexverteilung von α in einem Kernbereich zeigt;
Fig. 2 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA und BB hergestellt wurden, zeigt;
Fig. 3 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischem dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 2 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 4 ist eine Darstellung, die die Wellenformen eines ausgegebenen Pulses einer SI-optischen Faser und einer GI-optischen Faser zeigt, die nach einer Übertragung von 20 Metern beobachtet wurden;
Fig. 5 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA und o-Dichlorbenzol hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 5 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von in Sol überführtes MMA und BB hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 8 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 7 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 9 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung eines PMMA-Rohrs und in Sol überführtes MMA und BB hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 10 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 9 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 11 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA-d8 und BB-d5 hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 12 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 11 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 13 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA und Benzylphthalat-n-butyl hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 14 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 13 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 15 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA und Benzylbenzoat hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 16 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust und der Wellenlänge einer optischen Faser, die die Brechungsindexverteilung, die in Fig. 15 gezeigt ist, aufweist, zeigt;
Fig. 17 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA, Methacrylsäure und Rhodamin 6G hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 18 ist eine Darstellung, die die Brechungsindexverteilung einer GI-optischen Faser, die unter Verwendung von MMA und DR1 hergestellt wurde, zeigt;
Fig. 19 ist ein Schaubild, das die Strukturformel eines Polyesteracrylatoligomers, das als Stoff mit anderem Brechungsindex verwendet wurde, zeigt.
Eine beste Art zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug; auf mehrere Ausführungsformen beschrieben.

< Ausführungsform 1 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% (Gewichtsprozent) Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohrs wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 80ºC für eine Wärmepolymerisation angeordnet, während es mit 1000 Upm gedreht wurde, wodurch man ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 herstellt.
Das PMMA-Polymerisationsrohr wurde horizontal gehalten und mit einer gemischten Lösung, die ein polymerisierbares Monomer und einen Stoff mit einem anderen Brechungsindex enthält, befüllt. Das verwendete polymerisierbare Monomer war Methylmethacrylat (MMA); der verwendete Stoff mit anderem Brechungsindex war Brombenzol (BB); und das Mischungsverhältnis betrug 4 : 1 (Gewichtsverhältnis). Nach dem Zugeben von 0,3 Gew.-% Benzoinmethylether (BME) als Radikal- Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel wurden beide Enden des Rohres abgedichtet, wobei man Sorgfalt ausübt, so daß innen keine Blasen zurückgelassen wurden. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wurden Ultraviolettstrahlen unter Verwendung einer normalen UV-Lichtquelle darauf angelegt, wodurch man die Polymerisation stattfinden ließ. Man ließ etwa 8 Stunden verstreichen, um ein stabförmiges synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 105ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von der Oberseite desselben eingeführt, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 110ºC und 200ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde ein Spinnen mit einer konstanten Geschwindigkeit vom Boden des Stabs begonnen, wodurch man eine optische Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und 50 m Länge erhält. Die Verteilung des Brechungsindex der optischen Faser wurde durch ein horizontales Interferenzverfahren unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen, und es wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 2 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die zuvor erwähnte Formel (1) nähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,98.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 3 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wert des Übertragungsverlustes bei einer Wellenlänge von 580 nm betrug beispielsweise 98 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein großes Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde eine Messung im Hinblick auf den Durchlaßbereich (Transmissionsband) durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 tun wurde als Weißlichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die von einem Pulsgenerator ausgegeben wurden, angetrieben. Das von der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, um es in die Probe der optischen Faser an einer Stirnseite derselben einzubringen. Das Licht wurde durch die optische Faser für 20 m geleitet, und das von dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Die detektierte Wellenform ist als GI POF in Fig. 4 gezeigt. SI POF, die auch in Fig. 4 gezeigt ist, zeigt die Wellenform an, die detektiert wurde, wenn eine ähnliche Messung auf eine im Handel erhältliche SI-optische Faser angewendet wurde. In dem gleichen Diagramm gibt EINGABEPULS die Wellenform des eingegebenen Lichtpulses an.
Aus Fig. 4 kann ohne weiteres verstanden werden, daß, während die Wellenform des Eingabepuls des SI POF eine verdächtige Verzerrung zeigt, der GI POF der optischen Faser, die gemäß der Ausführungsform erhalten wurde, nahezu keine Verzerrung; der Eingabe-Wellenform zeigt.
Weiterhin wurde eine Fourier-Transformation auf den ausgegebenen Lichtpuls angewendet, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen, und von einer Frequenz, bei der eine 3 dB Dämpfung auftrat, hat man gefunden, daß diese etwa 1 GHz · km ist. Von daher hat man gefunden, daß die optische Faser, die gemäß dieser Ausführungsform erhalten wird, einen Durchlaßbereich aufweist, der etwa 200 mal so breit ist wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser.

< Ausführungsform 2 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit einer gemischten Lösung, die Methylmethacrylat (MMA) als polymerisierbares Monomer und o-Dichlorbenzol als dem Stoff mit anderem Brechungsindex in einem Mischungsverhältnis von 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) enthält, befüllt. Nach Zugeben von 0,3 Gew.-% (Gewichtsprozent) Benzoinmethylether (BME) als Radikal-Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel wurden beide Enden des Rohrs abgedichtet, wobei Sorge getragen wurde, daß innen keine Blasen verblieben; wobei das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, Ultraviolettstrahlen unter Verwendung einer normalen UV-Lichtquelle eingestrahlt wurden, wodurch man die Polymerisation stattfinden ließ. Etwa 8 Stunden waren erforderlich, um ein stabförmiges synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde dem Polymerisationsrohr (Glasrohr) entnommen und wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 105ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 190ºC und 200ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde vom Boden des Stabs aus ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen, wodurch man eine optische Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und 50 m Länge erhält. Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser durch das horizontale Interferenzverfahren unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 5 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet. Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die obige Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wen mit dem Koeffizient a der Brechungsindexverteilung nahezu 1,90.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 6 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wert des Transmissionsverlustes betrug bei einer Wellenlänge von 580 nm beispielsweise 130 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein adäquates Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde der Durchlaßbereich (Transmissionsband) gemessen. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Lichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die von einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das von der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die optische Faserprobe an einem Stirnende derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde durch die optische Faser für 20 m geleitet, und dann wurde das aus dem Faserende ausgegebene Licht von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier-Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen und die Frequenz zu bestimmen, bei der 3 dB Dämpfung auftritt. Das Ergebnis waren etwa 500 MHz · km. Von daher hat man gefunden, daß die optische Faser, die gemäß dieser Ausführungsform erhalten wurde, einen Durchlaßbereich, der etwa 100 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist.

< Ausführungsform 3 >

Zuerst wurde MMA in ein Testrohr gegeben und 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercagtan (nBM) wurden zugegeben, und dann wurde die Mischung bei 70ºC für 40 min aufgewärmt, um ein MMA-Sol herzustellen. Brombenzol (BB) wurde als der Stoff mit anderem Brechungsindex in das MMA-Sol eingemischt, so daß das Mischungsverhältnis 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) betrug; die Mischung wurde gründlich gerührt; und dann wurde die gemischte Lösung in ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm gefüllt und horizontal gehalten. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben, und dann wurde das Rohr von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wodurch man die Wärmepolymerisation für etwa 20 Stunden fortschreiten ließ.
Das stabförmige, synthetische Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm wurde dem Glasrohr entnommen und wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 105ºC unterworfen. Das Harz wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 190ºC und 200ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde am Boden des Stabs ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen, wodurch man eine optische Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und 50 m Länge erhielt. Wenn die Brechungsindexverteilung der optischen Faser durch das horizontale Interferenzverfahren unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 7 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 2,4.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 8 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wen des Übertragungsverlusts bei einer Wellenlänge von 580 nm betrug 110 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein adäquates Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde eine Messung im Hinblick auf den Durchlaßbereich (Transmissionsband) durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Weißlichtquelle verwendet und durch Pulse von 80 ps, die aus einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das aus der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die optische Faserprobe an einer Stirnseite derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde für 20 m durch die optische Faser geleitet, und das aus dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier-Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen und um eine Frequenz zu bestimmen, bei der 3 dB Dämpfung auftrat. Das Ergebnis waren etwa 150 MHz · km. Von daher hat man gefunden, daß die gemäß dieser Ausführungsform erhaltene optische Faser einen Durchlaßbereich, der etwa 30 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist, aufwies.

< Ausführungsform 4 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befällt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, das Rohr wurde in einem Ofen bei 80ºC angeordnet, um die Mischung einer Wärmepolymerisation zu unterwerfen, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde, wodurch man ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 als ein horizontal gehaltenes Polymerisationsrohr herstellte.
Auf der anderen Seite wurde MMA in ein Testrohr gegeben und 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) wurden zugegeben, dann wurde die Mischung bei 70ºC für 40 min erwärmt, um ein MMA-Sol herzustellen. Brombenzol (BB) als der Stoff mit anderem Brechungsindex wurde in das MMA-Sol in einem Mischungsverhältnis von 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) eingemischt, dann wurde die Mischung gründlich gerührt, und die gemischte Lösung wurde in das horizontal gehaltene PMMA- Polymerisationsrohr eingefüllt. Beide Enden des Rohrs wurden abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß dort innen keine Blasen verblieben, und dann wurde die gemischte Lösung von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wodurch man die Wärmepolymerisation für etwa 20 Stunden fortschreiten ließ.
Das stabförmige synthetische Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 105ºC unterworfen. Das Harz wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 190ºC und 200ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde vom Boden des Stabs ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser, welche einen Durchmesser von 0,6 mm und eine Länge von 50 m aufwies, mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 9 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wen des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,7.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 10 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wert des Transmissionsverlustes bei einer Wellenlänge von 580 nm betrug 110 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein adäquates Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde eine Messung im Hinblick auf den Durchlaßbereich (Transmissionsband) durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Lichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die aus einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das aus der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die optische Faserprobe an einem Stirnende derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde für 20 m durch die optische Faser geleitet, und das von dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier-Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen und um eine Frequenz, bei der eine 3 dB Dämpfung auftrat, zu bestimmen. Das Ergebnis betrug etwa 130 MHz - km. Von daher hat man gefunden, daß die gemäß dieser Ausführungsform erhaltene optische Faser einen Durchlaßbereich, der etwa 25 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist, aufwies.

< Ausführungsform 5 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA-d8), welches einen molekularen Aufbau aufwies, bei dem sämtliche Wasserstoffatome (H-Atome) durch Deuterium ersetzt sind, 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Glasrohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 80ºC für eine Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde, wodurch man ein deuteriertes Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-d8- Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 herstellt.
Das PMMA-d8-Polymerisationsrohr wurde dem Glasrohr entnommen und horizontal gehalten. Dann wurde das Polymerisationsrohr mit einer gemischten Lösung aus einem deuterierten polymerisierbaren Monomer und einem deuterierten Stoff mit einem anderen Brechungsindex befüllt. Genauer gesagt, deuteriertes Methylmethacrylat (MMA-d8) mit einem molekularen Aufbau, bei dem sämtliche H-Atome durch D-Atome ersetzt waren, und deuteriertes Brombenzol (BB-d5), das auch einen molekularen Aufbau aufwies, bei dem sämtliche H-Atome durch D-Atome ersetzt waren, wurden in einem Mischungsverhältnis von 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) gemischt. Nach Zugeben von 0,3 Gew.-% Benzoinmethylether (BME) als Radikal-Polymerisationsstarter und 0,15 Gew. - Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel zu der Mischung, wurden beide Enden des Rohrs abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm rotiert wurde, wurden Ultraviolettstrahlen unter Verwendung einer normalen UV-Lichtquelle eingestrahlt, wodurch man die Polymerisation stattfinden ließ. Etwa 8 Stunden wurden benötigt, um ein stabförmiges synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 105ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 190ºC und 200ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde vom Boden des Stabs ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so hergestellten 0,6 mm Durchmesser aufweisenden, 50 m langen optischen Faser mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops vermessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 11 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,7.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust derselben Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators vermessen wurde, das in Fig. 12 gezeigte Ergebnis erhalten.
Ein Vergleich von Fig. 12 mit Fig. 3, 6, 8 und 10 zeigt, daß ein Absorptionspeak zwischen 600 nm und 650 nm nicht in dem Fall, der in dem in Fig. 12 gezeigten Fall gezeigt ist, existiert. Dies ist offensichtlich auf die durch die Deuterierung der Wasserstoffatome herbeigeführten Wirkung zurückzuführen. Der Wert des Übertragungsverlusts betrug etwa 100 dB/km, sogar bei einer relativ langen Wellenlänge (naher Infrarotbereich), wie beispielsweise eine Wellenlänge von 740 nm. Dies zeigt, daß ein optisches Harz mit einem konstanten Maß an Transparenz über einen breiten Wellenlängenbereich, der von solchen langen Wellenlängen bis zum sichtbaren Lichtbereich geht, mittels des Verfahrens gemäß dieser Ausführungsform hergestellt werden konnte.
Als nächstes wurden im Hinblick auf den Durchlaßbereich Messungen durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Lichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die von einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das von der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die gleiche optische Faserprobe an einer Stirnseite derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde für 20 m durch die optische Faser geleitet, und das an dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des auszugebenden Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier-Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen, wodurch man bestimmt, daß eine Frequenz, die 3 dB Dämpfung verursacht, annähernd 150 MHz km betrug. Daher hat man gefunden, daß die gemäß dieser Ausführungsform erhaltene optische Faser einen Durchlaßbereich, der etwa 30 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist, aufwies.

< Ausführungsform 6 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 70ºC für die Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde. Als Ergebnis wurde ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Rohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 hergestellt und wurde horizontal gehalten, um als das Polymerisationsrohr zu dienen.
Benzylphthalat-n-butyl wurde als der Stoff mit anderem Brechungsindex in das MMA eingemischt, so daß das Mischungsverhältnis 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) betrug, und die gemischte Lösung wurde in das horizontal gehaltene PMMA-Polymerisationsrohr eingefüllt. Dann wurden 0,5 Gew.-% BPO als Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% nBM als Kettenübertragungsmittel zu der gemischten Lösung zugegeben. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben, und dann wurde das Rohr von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, während man das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm drehte, wodurch man die Wärmepolymegisation für 20 Stunden fortschreiten ließ.
Das stabförmige, synthetische Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm wurde entnommen und einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 180ºC unterworfen. Das Harz wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 210ºC und 220ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde vom Boden des Stabs ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser, welche einen Durchmesser von 0,6 mm und eine Länge von 50 m aufwies, mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 13 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 2,6.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter. Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 10 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wert des Übertragungsverlustes bei einer Wellenlänge von 650 nm betrug 150 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein beträchtliches Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde eine Messung im Hinblick auf den Durchlaßbereich durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Lichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die von einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das aus der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die optische Faserprobe an einer Stirnseite derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde für 20 m durch die optische Faser geleitet, und das von dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf empfangen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier- Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen, wodurch man bestimmt, daß eine Frequenz, die eine 3 dB Dämpfung erzeugt, etwa 100 MHz · km betrug. Von daher hat man gefunden, daß die gemäß dieser Ausführungsform erhaltene optische Faser einen Durchlaßbereich, der etwa 20 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist, aufwies.

< Ausführungsform 7 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 70ºC für die Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde, wodurch ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 erhalten wurde.
Das PMMA-Polymerisationsrohr wurde horizontal gehalten und wurde mit einer gemischten Lösung, die ein polymerisierbares Monomer und einen Stoff mit einem anderen Brechungsindex enthält, befüllt. Das verwendete polymerisierbare Monomer war Methylmethacrylat (MMA), der verwendete Stoff mit anderem Brechungsindex war Benzylbenzoat und das Mischungsverhältnis betrug 4 : 1 (Gewichtsverhältnis). Nach dem Zugeben von 0,5 Gew.-% BPO als Radikal-Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel zu der gemischten Lösung, wurden beide Enden des Rohres abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wurde das Rohr von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, wodurch man die Polymerisation durchführte. Etwa 20 Stunden wurden benötigt, um ein stabförmiges, synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und bei 120ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 210ºC und 220ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde vom Boden des Stabs ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser mit 0,6 mm im Durchmesser und 50 m in der Länge mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 15 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,90.
Weiterhin wurde, wenn der Übertragungsverlust der gleichen Probe unter Verwendung einer Weißlichtquelle und eines Spektrumanalysators gemessen wurde, das in Fig. 16 gezeigte Ergebnis erhalten. Der Wert des Übertragungsverlustes bei einer Wellenlänge von beispielsweise 580 nm betrug 150 dB/km, was beweist, daß die optische Faser ein beträchtlich hohes Maß an Transparenz wie ein optisches Harz aufwies.
Als nächstes wurde eine Messung im Hinblick auf den Durchlaßbereich durchgeführt. Eine LD (Laserdiode) mit einer Wellenlänge von 670 nm wurde als Lichtquelle verwendet und wurde durch Pulse von 80 ps, die von einem Pulsgenerator geliefert wurden, angetrieben. Das von der LD ausgegebene Pulslicht wurde unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Öffnung von 0,5 gebündelt, bevor es in die optische Faserprobe an einer Stirnseite derselben eingebracht wurde. Das Licht wurde für 20 m durch die optische Faser geleitet, und das aus dem Faserende ausgegebene Licht wurde von einem Photodetektor-Abtastkopf aufgenommen, um die Wellenform des ausgegebenen Lichtpulses mit einem Abtastoszillographen zu detektieren. Das detektierte Signal wurde einer Fourier-Transformation unterworfen, um die Frequenzeigenschaften desselben zu messen, wodurch man bestimmt, daß eine Frequenz, die eine 3 dB Dämpfung erzeugt, etwa 100 MHz · km betrug. Von daher hat man gefunden, daß die gemäß dieser Ausführungsform erhaltene optische Faser einen Durchlaßbereich, der etwa 60 mal so breit wie der einer im Handel erhältlichen SI-optischen Faser ist, aufwies. <

Ausführungsform 8 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercapran (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 70ºC für die Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde. Als Ergebnis wurde ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymeriationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 erhalten.
Das PMMA-Polymerisationsrohr wurde horizontal gehalten und mit einer gemischten Lösung, die Methylmethacrylat (MMA) und Methacrylsäure in einem Verhältnis von 1 : 1 (Gewichtsverhältnis) enthielt, befüllt, und dann wurde Rhodamin 6G als der Stoff mit anderem Brechungsindex zu der gemischten Lösung in einem Verhältnis von 6 : 1 (Gewichtsverhältnis) zugegeben. Nach dem Zugeben von 0,5 Gew.-% BPO als Radikal- Polymerisationsstarter und 0,15 Gew. - % Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel zu der gemischten Lösung, wurden beide Enden des Rohres abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wurde das Rohr von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, wodurch man die Polymerisation durchführte. Etwa 20 Stunden wurden gebraucht, um ein stabförmiges, synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und 120ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während der Ofen bei einer Temperatur zwischen 210ºC und 220ºC gehalten wurde. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit vom Boden des Stabs begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und einer Länge von 50 m mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 17 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Brechungsindexverteilung im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,7. <

Ausführungsform 9 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 70ºC für die Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Upm gedreht wurde. Als Ergebnis wurde ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 3 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 erhalten.
Das PMMA-Polymerisationsrohr wurde horizontal gehalten und mit einer gemischten Lösung, die Methylmethacrylat (MMA) und disperses Rot 1 (DR1, disperse red 1) als Stoff mit anderem Brechungsindex enthält, in einem Mischungsverhältnis von 4 : 1 (Gewichtsverhältnis) befüllt. Nach dem Zugeben von 0,5 Gew.-% BPO als Radikal- Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel wurden beide Enden des Rohres abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wurde das Rohr von außen in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erwärmt, wodurch man die Polymerisation stattfinden ließ. Etwa 20 Stunden wurden benötigt, um ein stabförmiges, synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmflg oder weniger und bei 120ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während man den Ofen bei einer Temperatur zwischen 210ºC und 220ºC hielt. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde ein Spinnen mit konstanter Geschwindigkeit vom Boden des Stabs begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und einer Länge von 50 m mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde ein Profil, das nahezu mit der Brechungsindexverteilung, die in Fig. 18 gezeigt ist, identisch ist, über die gesamte Länge beobachtet.
Wenn die Verteilung des Brechungsindex im Hinblick auf die oben erwähnte Formel (1) angenähert wurde, betrug der Wert des Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung nahezu 1,5. <

Ausführungsform 10 >

Ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm und das horizontal gehalten wurde, wurde mit Methylmethacrylat (MMA), 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid (BPO) und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) befüllt. Beide Enden des Rohres wurden abgedichtet, und dann wurde das Rohr in einem Ofen bei 80ºC für die Wärmepolymerisation angeordnet, während das Rohr mit 1000 Ugm gedreht wurde. Als Ergebnis wurde ein Polymethylmethacrylatrohr (PMMA-Polymerisationsrohr) mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Molekulargewicht von etwa 100.000 erhalten.
Das PMMA-Polymerisationsrohr wurde horizontal gehalten und mit einer gemischten Lösung, die ein polymerisierbares Monomer und einen Stoff mit anderem Brechungsindex enthält, befüllt. Das verwendete polymerisierbare Monomer war Methylmethacrylat (MMA), und der verwendete Stoff mit anderem Brechungsindex war ein Polyesteracrylatoligomer mit einem Aufbau, der in Fig. 19 gezeigt ist, und einem Molekulargewicht von 1500. Das Mischungsverhältnis des Stoffs mit anderem Brechungsindex betrug 10 Gew.- %.
Nach dem Zugeben von 0,3 Gew.-% Benzoinmethylether (BME) als Radikal- Polymerisationsstarter und 0,15 Gew.-% Normalbutylmercaptan (nBM) als Kettenübertragungsmittel zu der Mischung, wurden beide Enden des Rohres abgedichtet, wobei man Sorgfalt walten ließ, so daß innen keine Blasen verblieben. Während das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 30 Upm gedreht wurde, wurde die Mischung einer Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen aus einer normalen UV-Lichtquelle unterworfen, wodurch man die Polymerisation stattfinden ließ. Etwa 8 Stunden wurden benötigt, um ein stabförmiges, synthetisches Harz mit einem Außendurchmesser von 10 mm herzustellen.
Der synthetische Harzstab wurde einer 24-stündigen Vakuumwärmebehandlung bei 0,2 mmHg oder weniger und 105ºC unterworfen. Der Stab wurde dann langsam in einen zylindrischen Wärmeofen von oben eingebracht, während man den Ofen bei 180ºC hielt. Wenn der Stab ausreichend erweicht war, wurde ein Spinnen mit einer konstanten Geschwindigkeit vom Boden des Stabs begonnen.
Wenn die Brechungsindexverteilung der so erhaltenen optischen Faser mit einem Durchmesser von 0,6 mm und einer Länge von 50 m mittels des horizontalen Interferenzverfahrens unter Verwendung eines Interferenzmikroskops gemessen wurde, wurde nahezu ein gleichmäßiger Brechungsindex über die gesamte Länge beobachtet. Im Hinblick auf das Profil der Brechungsindexverteilung nahm für etwa 70% des Radius, ausgehend von der Mittelachse in Richtung der Nähe der Peripherie, der Brechungsindex entlang einer "Quadratverteilungs"-Kurve ab, während bei der verbleibenden, etwa 30%- igen Fläche bis zur Peripherie der Brechungsindex nahezu konstant blieb.
Der Unterschied beim Brechungsindex zwischen dem Mittelachsenbereich und dem peripheren Bereich betrug etwa 0,02.
Die vorliegende Erfindung kann eine optische Gradientenfaser bereitstellen, die aus einem Harzmaterial mit einem hohen Anteil an Transparenz und ausreichendem Unterschied beim Brechungsindex oder einem Gradienten, welcher schwierig mit herkömmlichen optischen Harzen zu erreichen ist, zusammengesetzt ist.
Zusätzlich weist die optische Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brechungsindexprofil auf, das sich entlang einer äußerst glatten Kurve, wie es aus den Ergebnissen der einzelnen Ausführungsformen offensichtlich ist, erstreckt.
Dies ist äußerst vorteilhaft im Hinblick auf das Erreichen von hervorragenden Eigenschaften einer optischen Faser, wenn die Faser mittels Warmziehen eines Rohlings, der aus dem optischen Harz gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, hergestellt wird. In anderen Worten, die glatte Profilkurve des Brechungsindex bedeutet, daß die örtlichen Schwankungen beim Brechungsindex gering sind. Dies ermöglicht es uns, eine optische Faser mit geringerem Verlust und stabilerem Durchlaßbereich (Transmissionsband), die auch frei von unerwünschter Schwingungsumwandlung (im. Fall einer Multimode-Faser) ist, herzustellen.
Weiterhin legt die vorliegende Erfindung keine anderen Beschränkungen, als die, die in den Ansprüchen 1 und 5 definiert sind, im Hinblick auf die gleichzeitige Auswahl und Kombination von mehreren Monomerarten als dem Material für die Polymerharzmatrix, den Stoffarten mit anderem Brechungsindex, Arten und Bedingungen der angelegten Energie, und der Radikal-Polymerisationsstarter und ähnliches, welche gemäß den weiteren Faktoren ausgewählt werden, auf. Somit ist es durch geeignetes Auswählen der Kombinationen möglich, die verschiedenartigen Erfordernisse für die optischen Eigenschaften (Brechungsindexverteilung, Transparenz, spektrale Durchgangseigenschaften, Beständigkeit gegenüber Strahlungsschäden, etc.), mechanische Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, etc.) und die chemischen und thermischen Eigenschaften (Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Feuchtigkeit und Wärme, thermischer Ausdehnungskoeffizient, etc.) von optischen Harzen, die hergestellt werden sollen, zu erfüllen.
Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit kann insbesondere ein optischer Leiter mit bedeutend verbesserten Eigenschaften erhalten werden, indem man ein Produkt, welches die Polymerisationsreaktion zum Bilden einer Polymerharzmatrix und dem notwendigen Warmziehen, etc. durchgemacht hat, der Bestrahlung mit Gammastrahlen oder anderen Strahlungsarten als Nachbehandlung zum Erreichen einer Vernetzungsreaktion unterwirft.
Eine optische Multimode-Gradientenfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Eigenschaften wie beispielsweise der Verarbeitbarkeit (die ein Warmziehen ermöglicht), Wirtschaftlichkeit, geringem Gewicht, verglichen mit herkömmlichen optischen Fasern, die aus Quarzmaterial zusammengesetzt sind, überlegen.

Claims

1. Optische Multimode-Gradientenfaser, die zusammengesetzt ist aus einem Harzmaterial, das umfaßt einen ersten Stoff, der eine transparente Polymerharzmatrix durch eine Polymerisationsreaktion bildet, und einen zweiten Stoff, der keine Reaktivität aufweist und nicht selbst an der Polymerisationsreaktion zum Bilden der Polymerharzmatrix beteiligt ist und in der transparenten Polymerharzmatrix des ersten Stoffs dispergiert ist,

wobei der zweite Stoff einen Wert für den Löslichkeitsparameter aufweist, der sich von dem des ersten Stoffs um 7 (cal/cm³)1/&sub2; oder weniger unterscheidet, wobei der Löslichkeitsparameter als die Quadratwurzel aus der Kohäsionsenergiedichte, die durch Dividieren der molaren Verdampfungsenergie ΔE der Flüssigkeit durch das Molvolumen V erhalten wird, (ΔE/V)1/&sub2;, definiert ist,

wobei der zweite Stoff einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem des ersten Stoffs um 0,001 oder mehr unterscheidet,

wobei die optische Faser einen Kern mit einer Mittelachse aufweist und die Konzentration des zweiten Stoffs einen Gradienten in einer Richtung, die radial zur Mittelachse des Kerns der optischen Faser ist, aufweist,

wobei die optische Faser einen Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung n(r) im Bereich von 0,67 ≤ α ≤ 6 aufweist in der folgenden Formel:

n(r) = n&sub0; [1 - 2Δ(r/Rc)α]1/2,

wobei r der Abstand von der Mittelachse des Kerns ist, Rc der Kernradius ist, n&sub0; der Brechungsindex an der Mittelachse des Kerns, r = 0, ist und Δ der relative Brechungsindexunterschied ist, der durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

Δ = (n&sub0;² - n&sub1;²)/2n&sub0;²,

wobei n&sub1; der Brechungsindex an der Grenze des Kerns, r = Rc, ist.

2. Optische Multimode-Gradientenfaser gemäß Anspruch 1, wobei die optische Faser einen gemessenen Durchlaßbereich f3dB von wenigstens 12 MHz · km für einen relativen Brechungsindexunterschied Δ von 0,057 aufweist, wobei der Durchlaßbereich f3dB die geschätzte Frequenz aufweist, die eine Dämpfung von 3 dB ergibt.

3. Optische Multimode-Gradientenfaser gemäß Anspruch 1, wobei die optische Multimode-Gradientenfaser einen Durchlaßbereich aufweist, welcher wenigstens zweimal der Durchlaßbereich einer Kern Mantel Faser, die den gleichen relativen Brechungsindexunterschied Δ wie die optische Multimode-Gradientenfaser aufweist, ist.

4. Optische Multimode-Gradientenfaser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens ein Bestandteil des ersten Stoffs und des zweiten Stoffs Deuteriumatome enthält.

5. Verfahren zum Herstellen einer optischen Multimode-Gradientenfaser, das die Schritte umfaßt:

Füllen eines Polymerisationsbehälters, in dem eine Polymerisationsreaktion durchgeführt wird mit einer Mischung, die enthält einen ersten Stoff, der ein polymerisierbares Monomer und ein polymerisierbares Monomersol umfaßt, und einen zweiten Stoff, der bei der Polymerisierungsreaktion des ersten Stoffs nicht reaktiv ist und einen Löslichkeitsparameter aufweist, der sich von dem des ersten Stoffs um 7 (cal/cm³)1/2 oder weniger unterscheidet, und einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem des ersten Stoffs um 0,001 oder mehr unterscheidet, wobei der Löslichkeitsparameter als die Quadratwurzel aus der Kohäsionsenergiedichte, die durch Dividieren der molaren Verdampfungsenergie ΔE der Flüssigkeit durch das Molvolumen V erhalten wird, (ΔE/V)1/2, definiert ist;

Starten der Polymerisationsreaktion des ersten Stoffs, indem man Wärme oder Energiestrahlen an den Behälter von der Behälteraußenseite anlegt, so daß die Polymerisationsreaktion startet und bevorzugt von einem bestimmten Bereich der Mischung aus fortschreitet, um einen radialen Konzentrationsgradienten des zweiten Stoffs zu ergeben; und

Durchführen eines Warmziehens, um die optische Faser, die einen Kern mit Mittelachse aufweist, zu bilden,

wobei der radiale Konzentrationsgradient des zweiten Stoffs so ist, daß die optische Faser einen Koeffizienten α der Brechungsindexverteilung n(r) im Bereich von 0,67 ≤ α ≤ 6 aufweist in der folgenden Formel:

n(r) = n&sub0; [1 - 2Δ (r/Rc)α]1/2,

wobei r der Abstand von der Mittelachse des Kerns ist, Rc der Kernradius ist, 1143 der Brechungsindex an der Mittelachse des Kerns, r = 0, ist und Δ der relative Brechungsindexunterschied ist, der durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

Δ = (n&sub0;² - n&sub1;²)/2n&sub0;²,

wobei n&sub1; der Brechungsindex an der Grenze des Kerns, r = Rc, ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, das weiter einen Schritt des Nachbehandelns, um ein Vernetzen in dem Material der optischen Faser nach der Polymerisationsreaktion zu bewirken, umfaßt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Polymerisationsbehälter aus einem Polymer hergestellt ist, wodurch man das den Behälter bildende Polymer schwellen und in der Mischung von einer Innenwand des Behälters auflösen läßt während der Polymerisationsreaktion.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Polymerisationsbehälter aus einem Polymer hergestellt ist, wodurch man das den Behälter bildende Polymer schwellen und in der Mischung von einer Innenwand des Behälters auflösen läßt während der Polymerisationsreaktion, wobei das den Behälter bildende Polymer die gleiche Zusammensetzung wie der erste Stoff aufweist.