(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状をなすと共に径方向に屈折率分布を有する光部品の製造方法であって、
屈折率が高く流動状態での表面張力が大きい第一の高分子材料の原料と、屈折率が低く流動状態での表面張力が小さい第二の高分子材料の原料とを混合して重合体を作製した後、当該重合体を加熱処理することにより、径方向内側に前記第一の高分子材料を偏在させると共に、径方向外側に前記第二の高分子材料を偏在させて、径方向内側を径方向外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する高分子材料からなる光部品を作製することを特徴とする光部品の作製方法。
【請求項２】
前記加熱処理の加熱温度または加熱時間が前記重合体の部位によって異なることを特徴とする請求項１に記載の光部品の作製方法。
【請求項３】
棒状をなすと共に径方向に屈折率分布を有する光部品の製造方法であって、
屈折率が高く流動状態での表面張力が大きい第一の高分子材料の原料と、屈折率が低く流動状態での表面張力が小さい第二の高分子材料の原料とを混合して重合体を作製した後、当該重合体を加熱処理しながら延伸処理することにより、径方向内側に前記第一の高分子材料を偏在させると共に、径方向外側に前記第二の高分子材料を偏在させて、径方向内側を径方向外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する高分子材料からなる光部品を作製することを特徴とする光部品の作製方法。
【請求項４】
前記加熱処理および前記延伸処理を施した後に所定の部位に再加熱処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の光部品の作製方法。
【請求項５】
前記光部品がプリフォームであることを特徴とする請求項１または２に記載の光部品の作製方法。
【請求項６】
前記光部品がロッドレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光部品の作製方法。
【請求項７】
前記光部品が光ファイバであることを特徴とする請求項３または４に記載の光部品の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に用いられる屈折率分布型の高分子材料からなる光部品の作製方法に関し、特に、屈折率分布型プラスチック光ファイバや屈折率分布型プラスチックロッドレンズなどを作製する場合に適用すると極めて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化通信網を実現するためのネットワークには、数百Ｍｂｐｓ以上の伝送容量が要求されている。このため、通信幹線系には、従来の金属ケーブルから置き換わって、伝送容量の大きいシングルモード（ＳＭ）型光ファイバが適用されている。一方、加入者系、ドロップライン、構内、ビル内など数百ｍ程度の距離を接続する通信枝線系には、どのような通信媒体を適用するか種々検討されている。
【０００３】
当初は、幹線系に適用されているＳＭ型光ファイバを端末まで導入する方策が検討されていた。しかしながら、枝線系においては、分岐箇所や接続箇所が多いため、非常に小さいコア径（５〜１０μｍ）のＳＭ型光ファイバを用いたネットワークのインストレーションでは、高精度で高価なハブポートや接続コネクタなどが必要となってしまい、莫大なコストがかかってしまう。
【０００４】
このため、最近は、同軸ケーブル、マルチモード（ＭＭ）型ガラス光ファイバ、マルチモード型プラスチック光ファイバ（ＭＭ型ＰＯＦ）、屈折率分布型プラスチック光ファイバ（ＧＩ型ＰＯＦ）などがその候補として注目され、特に、ＧＩ型ＰＯＦが短距離通信用伝送媒体として注目されている。
【０００５】
高分子材料からなるＰＯＦは、ガラス光ファイバに比べて、可撓性や耐衝撃性などに優れているため、大きなコア径（０．５〜１ｍｍ程度）で作製することができる。このため、高精度なハブポートや接続コネクタなどが不要となるので、ハブポートや接続コネクタなどを安価に作製することができ、ネットワークのインストレーションコストを抑えることができる。
【０００６】
現在市販されているすべてのＰＯＦは、屈折率の高いコア部と屈折率の低いクラッド部とからなるステップインデックス（ＳＩ）型といわれるものである。ＳＩ型ＰＯＦは、安価に量産することができるが、モード分散により出力波形が入射波形に比べて広がってしまう。このため、短距離であっても、高度情報通信網に必要なＡＴＭ規格（６２２Ｍｂｐｓ）に対応することが困難である。
【０００７】
これに対し、ＧＩ型ＰＯＦは、モード分散を抑制することができるため、短距離であれば、ＡＴＭ規格（１５６Ｍｂｐｓや６２２Ｍｂｐｓ）に対応した広帯域の情報伝送が可能となる。また、大きなコア径のＧＩ型ＰＯＦにおいては、小さなコア径（５０μｍや６２．５μｍ）のＧＩ型ガラス光ファイバの接続時に生じてしまうようなモード雑音（モーダルノイズ）が実質的にないという特性を有している。
【０００８】
このようなＧＩ型ＰＯＦは、現在、界面ゾル重合法により作製されている。すなわち、屈折率が低く分子体積が小さい高分子材料のモノマと、屈折率が高く分子体積が大きい高分子材料の原料であり且つ上記モノマの重合に関与しないモノマとを重合管の中に同時に加えて重合させ、ゲル効果（ゲル状態での重合速度の加速効果）を誘発させることにより、重合管の径方向に屈折率分布を有するプリフォーム（直径５０ｍｍ以上）を作製し、このプリフォームを熱延伸することにより、良好な屈折率分布と透明性とを兼ね備えたＧＩ型ＰＯＦ（直径１ｍｍ未満）を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなＧＩ型ＰＯＦの従来の作製方法においては、以下のような問題があった。
【００１０】
（１）重合初期段階において重合管の内部で体積が膨張するため、重合管が破損してしまう虞がある。このため、歩留りの低下や生産性の低下などを引き起こす虞がある。
【００１１】
（２）プリフォームを形成するまでに、（ａ）重合管の内壁にゾル層を発生させる、（ｂ）ゾル効果を誘発する、（ｃ）重合を完結する、の三段階の温度調整と時間調整とを行う必要がある。この調整を正確にコントロールしないと、最適な屈折率分布を有するプリフォームを作製することができないため、作製条件が非常にシビアである。
【００１２】
（３）重合を完結させた後にはゲル効果を誘発させることができないため、重合後に屈折率分布を調整することは非常に難しい。
【００１３】
このような問題は、ＧＩ型プラスチックロッドレンズ（直径１ｍｍ以上５０ｍｍ未満）などを含めて高分子材料からなるＧＩ型の光部品を製造する場合であれば、上述と同様に起こり得ることであった。
【００１４】
このようなことから、本発明は、低コストで簡単に高分子材料製のＧＩ型の光部品を作製できる方法を提供することを目的とした。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による光部品の作製方法は、棒状をなすと共に径方向に屈折率分布を有する光部品の製造方法であって、屈折率が高く流動状態での表面張力が大きい第一の高分子材料の原料と、屈折率が低く流動状態での表面張力が小さい第二の高分子材料の原料とを混合して重合体を作製した後、当該重合体を加熱処理することにより、径方向内側に前記第一の高分子材料を偏在させると共に、径方向外側に前記第二の高分子材料を偏在させて、径方向内側を径方向外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する高分子材料からなる光部品を作製することを特徴とする。
【００１６】
上述した光部品の作製方法において、前記加熱処理の加熱温度または加熱時間が前記重合体の部位によって異なることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による光部品の作製方法は、棒状をなすと共に径方向に屈折率分布を有する光部品の製造方法であって、屈折率が高く流動状態での表面張力が大きい第一の高分子材料の原料と、屈折率が低く流動状態での表面張力が小さい第二の高分子材料の原料とを混合して重合体を作製した後、当該重合体を加熱処理しながら延伸処理することにより、径方向内側に前記第一の高分子材料を偏在させると共に、径方向外側に前記第二の高分子材料を偏在させて、径方向内側を径方向外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する高分子材料からなる光部品を作製することを特徴とする。
【００１８】
上述した光部品の作製方法において、前記加熱処理および前記延伸処理を施した後に所定の部位に再加熱処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
上述した光部品の作製方法において、前記光部品がプリフォームであることを特徴とする。
【００２０】
上述した光部品の作製方法において、前記光部品がロッドレンズであることを特徴とする。
【００２１】
上述した光部品の作製方法において、前記光部品が光ファイバであることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による光部品の作製方法の実施の形態を図１，２を用いて説明する。なお、図１は、その作製方法の実施に使用する作製装置の概略構成図、図２は、図１の装置を使用した作製方法の各ステップでの説明図である。
【００２３】
図１に示すように、屈折率が高く流動状態での臨界表面張力が大きい第一の高分子材料（例えば、エポキシ樹脂などのような反応性オリゴマや、アクリル樹脂やメタクリレート樹脂などのような高分子溶液等）１の原料成分と、この第一の高分子材料１よりも屈折率が低く流動状態での臨界表面張力が小さい第二の高分子材料（例えば、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化アクリル樹脂、フッ素化メタクリレート樹脂等）２の原料成分とを注入混合されるタンク１１の下側には、当該高分子材料１，２を重合させるヒータや紫外線照射器などの重合装置１２が設けられている。タンク１１の下面には、径サイズを調整できる射出ノズル１３が連結されている。
【００２４】
前記射出ノズル１３の先端（下端）側には、円筒型をなすヒータ１４が当該ノズル１３と同軸をなすようにして配設されている。ヒータ１４の下方には、巻取ドラム１５が配設されている。
【００２５】
このような光部品の作製装置を用いた光部品の作製方法を次に説明する。
【００２６】
第一，二の高分子材料１，２の原料成分をタンク１１内に入れて混合し（図２（ａ）参照）、重合装置１２を作動させて当該高分子材料１，２の原料成分を流動性がなくなる程度にまで重合させながら（図２（ｂ）参照）射出ノズル１３から射出して、所定の径サイズに成形する（図２（ｃ）参照）。ここで、射出ノズル１３から射出される重合体は、第一の高分子材料１と第二の高分子材料２とが偏在せずに均一に存在する重合体である均一混合体３となっている。
【００２７】
続いて、射出ノズル１３から射出された棒状をなす上記均一混合体３をヒータ１４で所定の温度に加熱処理すると、径方向（断面方向）内側に第一の高分子材料１がより多く存在し、径方向外側に第二の高分子材料２がより多く存在する重合体である偏在混合体４とすることができる（図２（ｄ）参照）。
【００２８】
すなわち、前記均一混合体３は、加熱されて流動状態となると、第一の高分子材料１と第二の高分子材料２との間で表面偏析（混合成分間の表面張力の差により低表面張力成分が表面側に偏在する現象）を生じるのである。このため、径方向内側を外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する偏在混合体４とすることができる。
【００２９】
このようにして得られた偏在混合体４を巻取ドラム１５で巻き取ることにより、高分子材料からなる屈折率分布型（ＧＩ型）のプリフォーム（直径５０ｍｍ以上）やロッドレンズ（直径１ｍｍ以上５０ｍｍ未満）などの光部品を得ることができる。
【００３０】
したがって、このような光部品の作製方法によれば、従来の界面ゾル重合法のような重合時の体積膨張に伴う重合管の破損の虞がまったくなく、また、重合時の温度調整や時間調整がラフでよいので、低コストで簡単に高分子材料製のＧＩ型の光部品を作製することができる。
【００３１】
また、巻取ドラム１５での巻取速度に対応してヒータ１４の加熱温度を所定の周期で変化させる、または、ヒータ１４の加熱温度に対応して巻取ドラム１５の巻取速度を所定の周期で変化させる、すなわち、均一混合体３の加熱温度または加熱時間を当該均一混合体３の長手方向に沿って所定の周期で変化させる（均一混合体３の部位によって異ならせる）と、前述したような屈折率分布が長手方向に沿って所定の周期で変化した偏在混合体４を得ることができる。
【００３２】
また、ヒータ１４で均一混合体３を加熱処理すると同時に当該均一混合体３の前記巻取ドラム１５での巻取張力を調整して当該均一混合体３を延伸処理すれば、延伸方向と交差する方向に屈折率分布を有するように上述した表面偏析を発生させながらさらに小さい径サイズの偏在混合体４を加工することができ、高分子材料からなるＧＩ型の光ファイバ（直径１ｍｍ未満）を得ることができるので、表面偏析を生じさせるために行う熱処理と同時に均一混合体３を延伸してＧＩ型のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を作製することができ、プリフォームを経ることなくＧＩ型ＰＯＦを直接的に作製することができる。
【００３３】
ここで、加熱処理および延伸処理して巻取ドラム１５に巻き取ったＧＩ型ＰＯＦの長手方向に沿って所定の周期で当該ＧＩ型ＰＯＦの所定の部位に再加熱処理を行えば、前述したような屈折率分布が長手方向に沿って所定の周期で変化したＧＩ型ＰＯＦを得ることができる。
【００３４】
なお、第一の高分子材料１と第二の高分子材料２とが非相溶性であると、前記表面偏析が顕著に生じるようになるものの、内粘度が大きく分散粒子になりやすいため、伝搬損失が大きくなってしまう。このため、第一の高分子材料１と第二の高分子材料２とは、相溶性であることが望ましい。
【００３５】
【実施例】
本発明による光部品の作製方法の効果を確認するために行った確認実験を図３，４を用いて説明する。なお、図３は、その確認実験に用いるサンプルの作製方法の手順説明図、図４は、確認実験に用いた実験装置の概略構成図である。
【００３６】
［サンプル作製］
図３に示すように、ガラス製の重合管２１の内部に第一の高分子材料１の原料成分と第二の高分子材料２の原料成分とを注入混合し（図３（ａ）参照）、これら高分子材料１，２の原料成分に対して紫外線照射または熱を加えることにより、エネルギＥを与えて重合させて均一混合体３を生成させた後（図３（ｂ）参照）、希釈フッ化水素溶液２２を入れた容器２３内に当該重合管２１を浸漬することにより（図３（ｃ）参照）、当該重合管２１をエッチング除去した後（図３（ｄ）参照）、上記均一混合体３を容器２３内から取り出す。このとき、均一混合体３は、希釈フッ化水素溶液２２によって影響を受けることがない。
【００３７】
次に、上記均一混合体３をヒータ２４内に入れて加熱処理することにより（図３（ｅ）参照）、偏在混合体４が作製され、当該偏在混合体４を所定のサイズに加工することにより、ＧＩ型プラスチックロッドレンズのサンプルＳを作製した。
【００３８】
［実験方法］
図４に示すように、作製したサンプルＳにレーザ発振器３１からシングルモード光ファイバ３２で導いたレーザ光を入射し、出射された光をＣＣＤカメラ３３で計測することによりニアフィールドパターン（ＮＦＰ）を求めた。なお、ＣＣＤカメラ３３によるＮＦＰの測定位置は、▲１▼サンプルＳの端面（図４（ａ）参照）、▲２▼サンプルＳの焦点（図４（ｂ）参照）、▲３▼サンプルＳの焦点よりも遠方（図４（ｃ）参照）、の３ヵ所とした。また、比較のため、熱処理をしなかった場合のＧＩ型プラスチックロッドレンズについてもＮＦＰを測定した。
【００３９】
［実験条件］
＜ロッドレンズ＞
・内径：１ｍｍ
・長さ：２ｍｍ
＜レーザ光＞
・波長：１．３μｍ
【００４０】
［実験結果］
上述したようにして計測したＮＦＰの各結果を図３〜８に示す。これらの図からわかるように、本発明による光部品の作製方法で作製されたＧＩ型プラスチックロッドレンズにおいては、出射光が出射端面の遠方において焦点を結ぶレンズ効果を得ることができ、径方向に屈折率分布を有していることが確認できた。一方、熱処理をしなかった場合においては、レンズ効果が発現されず、光強度分布が広がってしまうという結果となった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明による光部品の作製方法は、棒状をなすと共に径方向に屈折率分布を有する光部品の製造方法であって、屈折率が高く流動状態での表面張力が大きい第一の高分子材料の原料と、屈折率が低く流動状態での表面張力が小さい第二の高分子材料の原料とを混合して重合体を作製した後、当該重合体を加熱処理することにより、径方向内側に前記第一の高分子材料を偏在させると共に、径方向外側に前記第二の高分子材料を偏在させて、径方向内側を径方向外側よりも高屈折率とした屈折率分布を有する高分子材料からなる光部品を作製するので、従来の界面ゾル重合法のような重合時の体積膨張に伴う重合管の破損の虞がまったくなく、また、重合時の温度調整や時間調整がラフで済むようになる。そのため、低コストで簡単に高分子材料製の屈折率分布型の光部品を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光部品の作製方法の実施に使用する作製装置の概略構成図である。
【図２】図１の作製装置を使用した作製方法の各ステップでの説明図である。
【図３】本発明による光部品の作製方法の確認実験で使用するサンプルの作製方法の手順説明図である。
【図４】本発明による光部品の作製方法の確認実験で使用する実験装置の概略構成図である。
【図５】熱処理をしたサンプルの端面位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【図６】熱処理をしたサンプルの焦点位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【図７】熱処理をしたサンプルの焦点から遠方の位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【図８】熱処理をしなかったサンプルの端面位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【図９】熱処理をしなかったサンプルの焦点位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【図１０】熱処理をしなかったサンプルの焦点から遠方の位置で計測したＮＦＰを表すグラフである。
【符号の説明】
１  第一の高分子材料
２  第二の高分子材料
３  均一混合体
４  偏在混合体（光部品）
１１  タンク
１２  重合装置
１３  射出ノズル
１４  ヒータ
１５  巻取ドラム
２１  重合管
２２  希釈フッ化水素溶液
２３  容器
２４  ヒータ
３１  レーザ発振器
３２  シングルモード型光ファイバ
３３  ＣＣＤカメラ
Ｓ  サンプル
【図１】
0003681047.tif 000002
【図２】
0003681047.tif 000003
【図３】
0003681047.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003681047.tif 000006
【図６】
0003681047.tif 000007
【図７】
0003681047.tif 000008
【図８】
0003681047.tif 000009
【図９】
0003681047.tif 000010
【図１０】
0003681047.tif 000011