(57)【要約】【課題】低コストで製造でき、低屈折率高分子を高屈折率高分子が取囲みこれらが精度よく配置されているため転送損失が極めて少なく、信頼性、汎用実用性に優れた光伝送構造繊維を提供する。【解決手段】高屈折率繊維形成性高分子からなる高屈折率連続相中に、低屈折率繊維形成性高分子からなる低屈折分散相が分散され、該低屈折率分散相の直径が１０μｍ以下であり、高屈折率繊維形成性高分子と低屈折率繊維形成性高分子との屈折率差が０．００１以上であり、該低屈折率分散相の個数が１００個以上、かつ繊維横断面の中央部には光伝送部が設けられており該光伝送部は該高屈折率連続相の一部である光伝送構造繊維とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率繊維形成性高分子からなる高屈折率連続相中に、低屈折率繊維形成性高分子からなる低屈折分散相が分散され、該低屈折率分散相の直径が１０μｍ以下であり、高屈折率繊維形成性高分子と低屈折率繊維形成性高分子との屈折率差が０．００１以上であり、該低屈折率分散相の個数が１００個以上、かつ繊維横断面の中央部には光伝送部が設けられており該光伝送部は該高屈折率連続相の一部であることを特徴とする光伝送構造繊維。
【請求項２】
低屈折率分散相の直径が１μｍ以下である請求項１に記載の光伝送構造繊維。
【請求項３】
低屈折率分散相の個数が３００個以上である請求項１に記載の光伝送構造繊維。
【請求項４】
低屈折率分散相間の距離Λおよび高屈折率連続相の屈折率ｎｓと低屈折率連続相の屈折率ｎｉ、低屈折率分散相の体積比率φ、入射角度（周期方向の垂線からの角度）θとしたとき、伝播波長λが下記関係式を満たしている請求項１に記載の光伝送構造繊維。
λ＝２Λｎｓｓｉｎθ（１＋ψ／ｓｉｎ２θ）−１／２
（ここで、ψ＝３φ（ｍ２−１）／（ｍ２＋２）、ｍ＝ｎｉ／ｎｓである。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバなどとして使用される光伝送繊維に関するものであり、繊維断面内の分散相の配置精度が極めて高いために低伝送損失を有し、しかも低コストで製造できる光伝送繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、光伝送媒体として優れた特性を有しており、従来無機ガラス系ファイバが使用されている。またこれら無機ガラス系ファイバは、加工性が悪く、曲げ応力が弱いばかりでなく、高価であることから、プラスチックを基材とする光ファイバが開発され、実用化されている。
【０００３】
従来光ファイバは、高屈折率コア（芯）材料を、これより低屈折率のクラッド（鞘）材料で包囲した屈折率段階型（ＳＩ型）光ファイバーが多く提案されている。特許文献１には、伝送損失の少ないコア層とクラッド層のいずれにも含フッ素樹脂を用いた提案もされている。また、繊維断面中心から円周方向に向かう半径方向で材料分布させることにより屈折率を減衰させた屈折率分布型（ＧＩ型）の光ファイバも知られている（たとえば、特許文献２，６，７、非特許文献１など）。さらに特許文献３には、クラッド樹脂中にクラッド樹脂よりも屈折率が高い樹脂からなる直径５０〜２００μｍの芯（コア）が７本以上埋め込まれた多芯（マルチコア）プラスチック光ファイバが提案されている。
【０００４】
近年、空孔を含む構造の光ファイバーが知られている。この空孔が長軸方向に並列に周期的を配列させることにより、フォトニック結晶構造を構成した繊維が提案されている。
フォトニック結晶ファイバの導波原理に注目すると、二つに分類できる。一つは、コア−クラッド構造を有し、クラッドに空孔を存在させることでクラッドの実効屈折率をコア部屈折率よりも低下させ、全反射により光を導波する全反射型光ファイバである。もう一つは、フォトニックバンドギャップによって光を閉じ込めるフォトニックバンドギャップ型であり、構造に厳密な周期性とホールサイズの均一性が要求される。
【０００５】
このようなフォトニック結晶ファイバに関して、以下の方法が提案されている。特許文献４には、ＳｉＯ２にＧｅＯ２がドープされた材料を用いて、繊維軸方向に中実状に形成されたコア部と、該コア部の周囲を覆うように上記繊維軸方向に多数の細孔が細密状に配列された多孔部とを備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提案している。筒状のサポート管の孔内に、上記多孔部の細孔となる孔を有する筒状の多孔部用キャピラリと、該多孔部用キャピラリよりも小さい外径を有しかつ上記コア部となる棒状のコア部用ロッドとをそれぞれ配置してプリフォームを作成するプリフォーム作成工程と、上記プリフォームを加熱・延伸してファイバ状に線引きする工程からなるものが提案されている。
【０００６】
また、特許文献５には、屈折率の異なるフッ素系重合体を用いて海島型フォトニックファイバを提案している。あらかじめ分割したストランド状である低屈折率の有機化合物の重合体（島材）を高屈折率の有機化合物の重合体（海材）で作成した管内に配置して、共紡糸することによって海島構造を形成する方法や、溶融状態で押出ダイスを用いて低屈折率重合体を分流・細分化し、その周辺に高屈折率重合体を合流供給し、それらを共通のノズルから押出してプリフォームを作成し、さらに延伸によりフォトニック結晶ファイバを製造する方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献４、５ともアセンブリー方式でフォトニック結晶ファイバを作成する方法では、細いキャピラリの取り扱いやクリーン度の維持が困難であり、細密充填状態に束ねられた多数のキャピラリの形態を保持したまま融着一体化させる加工およびアセンブリーしたプリフォームを均一に線引きする品質安定性に問題がある。また、両者ともに、低屈折率相および空孔相の孔径を小さくすることが製造方法や材料加工など点において難しく、フォトニック結晶構造を精度よく成形するのが困難であり、ひいては低損失性等の性能の低下を招いている。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２４４００７号公報
【特許文献２】特開平５−１７３０２６号公報
【特許文献３】特開平９−３３７３７号公報
【特許文献４】特開２００２−３２６８３１号公報
【特許文献５】特開２００４−９３６３９号公報
【特許文献６】ＷＯ９４／０４９４９号パンフレット
【特許文献７】ＷＯ９４／１５００５号パンフレット
【非特許文献１】「化学と工業」第４５巻７号、１９９２年、Ｐ１２６１−１２６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、低コストで製造でき、低屈折率高分子を高屈折率高分子が取囲みこれらが精度よく配置されているため伝送損失が極めて少なく、信頼性、汎用実用性に優れた光伝送構造繊維を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、高屈折率繊維形成性高分子からなる高屈折率連続相中に、低屈折率繊維形成性高分子からなる低屈折分散相が分散され、該低屈折率分散相の直径が１０μｍ以下であり、高屈折率繊維形成性高分子と低屈折率繊維形成性高分子との屈折率差が０．００１以上であり、該低屈折率分散相の個数が１００個以上、かつ繊維横断面の中央部には光伝送部が設けられており該光伝送部は該高屈折率連続相の一部であることを特徴とする光伝送構造繊維を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低コストで製造でき、低屈折率高分子を高屈折率高分子が取囲みこれらが精度よく配置されているため伝送損失が極めて少なく、信頼性、汎用実用性に優れた光伝送構造繊維を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の光伝送構造繊維は、高屈折率繊維形成性高分子（以下、単に高屈折率高分子と称することがある）の高屈折率連続相中に、低屈折率繊維形成性高分子（以下、単に低屈折率高分子と称することがある）の低屈折率分散相が分散されている光伝送構造繊維である。
【００１３】
本発明においては、上記光伝送構造繊維が、次に述べる低屈折率分散相の直径、高屈折率繊維形成性高分子と低屈折率繊維形成性高分子との屈折率差、低屈折率分散相の個数を同時に満足し、しかも繊維横断面の中央部には光伝送部が設けられており該光伝送部は該高屈折率連続相の一部である構造を有していることが肝要であり、これにより、低コストで、しかも低屈折率高分子を高屈折率高分子が取囲みこれらが精度よく配置されているため伝送損失が極めて少なく、信頼性、汎用実用性に優れた光伝送構造繊維を提供することができる。
【００１４】
すなわち、低屈折率連続相の直径は１０μｍ以下とする必要がある。これよりも低屈折率連続相の直径が大きい場合には、繊維製造工程中に、温度斑やそれに起因する張力斑などにより、大きさや配向度などの斑が繊維断面方向・繊維軸方向に発生し、これが伝送損失の原因となる。なお、低屈折率連続相の直径は、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ〜１μｍである。
【００１５】
また、高屈折率繊維形成性高分子と低屈折率繊維形成性高分子との屈折率差は０．００１以上とする必要がある。上記屈折率差がこれより小さい場合には、伝送損失の原因となる。
【００１６】
低屈折率分散相の個数は１００個以上とする必要がある。低屈折率分散相の個数が１００未満では、全反射伝送・フォトニックバンドギャップ伝送においても、実質的に光伝送部である中央（コア）部位と非光伝送部である低屈折率分散相の配在する部位との屈折率差が不十分であり、伝送損失の原因となる。よって、光伝送部と非光伝送部との境界を確実なものとするためには、低屈折率分散相の個数は１００個以上、好ましくは３００個以上、さらに好ましくは３００〜２０００個とする必要がある。
【００１７】
さらに、繊維横断面の中央部に光伝送部が、該光伝送部は該高屈折率連続相の一部として設けられていることは、全反射伝送体においても、欠陥導入によるフォトニックバンドギャップ伝送原理からなる伝送体とするためも必要である。
【００１８】
フォトニックバンドギャップ伝送体においては、０．１μから１μ直径程度の微小相を周期的に配列した構造における欠陥部においてその周期の２倍の波長の光を無損失で伝播する性質をもつ。すなわち、低屈折率分散相間の距離Λおよび高屈折率連続相の屈折率ｎｓと低屈折率連続相の屈折率ｎｉ、低屈折率分散相の体積比率φ、入射角度（周期方向の垂線からの角度）θとしたとき、伝播波長λが下記関係式を満たしていることが必要である。
λ＝２Λｎｓｓｉｎθ（１＋ψ／ｓｉｎ２θ）−１／２
（ここで、ψ＝３φ（ｍ２−１）／（ｍ２＋２）、ｍ＝ｎｉ／ｎｓである。）
なお、入射角度θ及び伝播波長λは光源や用途によって変更して使用することができる。
【００１９】
本発明において、高屈折率高分子としては、ポリカーボネート、アイソタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンなどを、低屈折率高分子としては、ポリメチルメタクリレートに代表されるアクリル系重合体、ポリメチルペンテン（ポリ４―メチルペンテン−１）などを好ましく使用できる。
【００２０】
以上に説明した本発明の光伝送構造繊維は、例えば以下の方法により容易に製造することができる。すなわち、まず低屈折率高分子と高屈折率高分子とを、前者が分散相（島成分）、後者が連続相（海成分）となるように溶融紡糸する。溶融紡糸に用いられる紡糸口金としては、島成分を形成するための中空ピン群や微細孔群を有するものなど任意のものを用いることができる。例えば、中空ピンや微細孔より押出された島成分とその間を埋める形で流路を設計されている海成分流とを合流し、これを圧縮することにより海島型断面形成がなされるいかなる紡糸口金でもよい。ただし、繊維横断面の中央には、海成分からなる高屈折率連続相の一部をなすコア部を形成するために、中空ピンや微細孔による島形成が存在しない仕様とする。好ましく用いられる紡糸口金例を図１および図２に示すが、必ずしもこれらに限定されるものではない。なお、図１は、中空ピンを海成分樹脂貯め部分に吐出してそれを合流圧縮する方式であり、図２は中空ピンのかわりに微細孔方式で島を形成する方法である。
【００２１】
上記の紡糸口金から溶融吐出された繊維は、冷却風によって固化され、好ましくは１０００〜３５００ｍ／ｍｉｎで巻き取られる。延伸性（固体塑性変形）の乏しい高分子を用いた場合は、溶融紡糸のみで巻き取ってそのまま製品としてもよい。また、延伸が必要な場合は、得られた未延伸繊維を一旦巻き取り別途延伸を行ってもよいし、あるいは未延伸繊維を一旦巻き取ることなくローラーに引き取り、引き続いて延伸を行い巻き取ってもよい。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。なお、各評価項目は下記の方法で測定した。
（１）分散相（島）間距離、分散相（島）径のサイズ
透過型電子顕微鏡ＴＥＭで、倍率３００００倍で繊維断面写真を撮影し測定した。
（２）屈折率
アタゴアッベ屈折計１型を使用し、ナトリウムＤを用いて２３℃の恒温で測定した。
【００２３】
［実施例１］
高屈折率高分子にポリカーボネート（ＰＣ）、低屈折率高分子にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用いて、それぞれ溶融温度２９０℃、２５０℃にてエクストルーダーで溶融状態とし、２８０℃に設定した低屈折率分散相の個数（島数）が５００となる海島構造を形成する口金に導入した。吐出された海島断面繊維は、２０００ｍ／ｍｉｎの巻き取り速度で巻き取った。
【００２４】
得られた繊維のＰＭＭＡの分散相（島）の直径は１μｍであり、その低屈折率分散相（島）間距離Λは２．５μｍ、光伝送部（コア部）の直径は５μ、繊維直径は４００μｍ、高屈折率連続相の屈折率は１．４８、低屈折率分散相の屈折率は１．３８、である。得られた光伝送構造繊維（光ファイバ）に、ＮＡ０．２５、波長１３００ｎｍのレーザー光を入射し、５００ｍの伝送試験を実施した。伝送損失は２５ｄＢ／ｋｍ、帯域は４ＧＨｚ・ｋｍであった。
【００２５】
［実施例２］
高屈折率高分子にＰＣ、低屈折率高分子にＰＭＭＡを用いて、それぞれ溶融温度２９０℃、２５０℃にてエクスとルーダーで溶融状態とし、２８０℃に設定した低屈折率分散相の個数（島数）が１０００となる海島構造を形成する口金に導入した。吐出された海島断面繊維は、２０００ｍ／ｍｉｎで巻き取った。
【００２６】
得られた繊維のＰＭＭＡの低屈折率分散相（島）の直径は７００ｎｍであり、その低屈折率分散相（島）間距離は１．５μｍ、光伝送部（コア部）の直径は３μｍ、繊維直径は４８０μ、高屈折率連続相の屈折率は１．４８、低屈折率分散相の屈折率は１．３８である。得られた光伝送構造繊維（光ファイバ）に、ＮＡ０．２５、波長１３００ｎｍのレーザー光を入射し、５００ｍの伝送試験を実施した。伝送損失は１７ｄＢ／ｋｍ、帯域は４ＧＨｚ・ｋｍであった。また同ファイバをＲ１０で１８０°の角度で曲げた時の損失は０．２ｄＢであった。
【００２７】
［実施例３］
高屈折率高分子にＰＭＭＡ、低屈折率高分子にポリ４−メチルペンンテン−１を用いて、それぞれ溶融温度２５０℃、２７０℃にてエクストルーダーで溶融状態とし、２６０℃に設定した低屈折率分散相の個数（島数）が５００となる海島構造を形成する口金に導入した。吐出された海島断面繊維は、２０００ｍ／ｍｉｎの巻き取り速度で巻き取った。
【００２８】
得られた繊維のＰＭＭＡの低屈折率分散相（島）の直径は１μｍであり、その低屈折率分散相（島）間距離Λは２．５μｍ、光伝送部（コア部）の直径は６μｍ、繊維直径は４００μｍ、高屈折率連続相の屈折率は１．３８、低屈折率分散相の屈折率は１．３６、である。得られた光伝送構造繊維（光ファイバ）に、ＮＡ０．２５、波長１３００ｎｍのレーザー光を入射し、５００ｍの伝送試験を実施した。伝送損失は３１ｄＢ／ｋｍ、帯域は４ＧＨｚ・ｋｍであった。
【００２９】
［比較例１］
高屈折率高分子にＰＣ、低屈折率高分子にがＰＭＭＡを用いて、それぞれ溶融温度２９０℃、２５０℃にてエクストルーダーで溶融状態とし、２８０℃に設定した低屈折率分散相の個数（島数）が２５となる海島構造を形成する口金に導入した。吐出された海島断面繊維は、２０００ｍ／ｍｉｎの巻き取り速度で巻き取った。
【００３０】
得られた繊維のＰＭＭＡの低屈折率分散相（島）の直径は１５μｍであり、その低屈折率分散相（島）間距離Λは４０μｍ、光伝送部（コア部）の直径は６０μｍ、繊維直径は３２０μｍ、高屈折率連続相の屈折率は１．４８、低屈折率分散相の屈折率は１．３８である。得られた光ファイバに、ＮＡ０．２５、波長１３００ｎｍのレーザー光を入射し、５００ｍの伝送試験を実施した。伝送損失は１００ｄＢ／ｋｍ、帯域は４ＧＨｚ・ｋｍであった。
【００３１】
［実施例４］
高屈折率高分子にＰＣ、低屈折率高分子にＰＭＭＡを用いて、それぞれ溶融温度２９０℃、２５０℃にてエクストルーダーで溶融状態とし、２８０℃に設定された低屈折率分散相の個数（島数）が１０００となる海島構造で横断面中央部には低屈折率分散相（島）を形成しない、すなわち中央部に光伝送部（コア部）が形成される構造の口金に導入した。吐出された海島断面繊維は、２０００ｍ／ｍｉｎの巻き取り速度で巻き取った。
【００３２】
得られた繊維のＰＭＭＡの低屈折率分散相（島）の直径は１００ｎｍ、その低屈折率分散相（島）間距離Λは３００ｎｍ、光伝送部（コア部）の直径は８００ｎｍであり、繊維外径は９５μｍ、高屈折率連続相の屈折率は１．４８、低屈折率分散相の屈折率は１．３８である。得られた光ファイバにＮＡ０．２５、赤外線以上の光をカットした２５０〜１０００ｎｍの光を入射ししたところ、６５０ｎｍの光が伝送され、５００ｍの伝送試験を実施した。伝送損失は４０ｄＢ／ｋｍ、帯域は４ＧＨｚ・ｋｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の光伝送構造繊維は、低コストで製造でき、伝送損失が極めて少なく、信頼性、汎用実用性に優れており、産業上の利用価値が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の光伝送構造繊維を紡糸するために用いる紡糸口金の概略図。
【図２】本発明の光伝送構造繊維を紡糸するために用いる他の紡糸口金の概略図。
【図３】本発明の光伝送構造繊維の横断面の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００３５】
１：分配前分散相（島成分）高分子溜め部分
２：分散相（島成分）分配用導入孔
３：連続相（海成分）導入孔
４：分配前連続相（海成分）高分子溜め部分
５：個別連続相／分散相（海／島）構造形成部
６：連続相／分散相（海／島）全体合流絞り部
７：分散相（島成分）
８：連続相（海成分）
９：光伝送部（コア部）
１０：光伝送部（コア部）直径
１１：繊維直径
１２：分散相（島）直径
１３：分散相（島）間距離
【図１】
2008158406.tif 000002
【図２】
2008158406.tif 000003
【図３】
2008158406.tif 000004