(57)【要約】第１光学用材料を連続相に、第２光学用材料を多数個の分散相に押出し、前記多数個の分散相が軸方向に配向されるようにする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
2004522200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学用材料を連続相に、第２光学用材料を多数個の分散相に押出し、前記多数個の分散相が軸方向に配向されるようにする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバ母材でコアが連続相成分で形成されて内部全反射によって光導波がなされることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
前記光ファイバ母材でコアが分散相成分で形成されて光子結晶禁制帯（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｎｄ ｇａｐ）現象によって光導波がなされることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
前記光ファイバ母材でコアが、連続相より屈折率の高いか低い第３光学用材料からなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記第１光学用材料が、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、メタクリル酸メチル（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする共重合体、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、スチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）を主成分とする共重合体、スチレンとアクリロニトリル（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）の共重合体、ポリ−４−メチルペンテン−１（ｐｏｌｙ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ−１）、エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ）と酢酸ビニル（ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）の共重合体、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリクロロスチレン（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリ塩化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリ酢酸ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、メタクリル酸メチルとスチレンとビニルトルエン（ｖｉｎｙｌｔｏｌｕｅｎｅ）、α−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ）及び／または無水マレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）からなる三元共重合体或いは四元共重合体、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリパーフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、フルオレン（ｆｌｕｏｒｅｎｅ）共重合体或いは三元共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）とポリメチルメタクリレートのブレンド、一般式ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＲｆ（ここで、Ｒｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、ＣＨ−（ＣＦ３）２、Ｃ（ＣＦ３）３、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ２ＣＦ２（ＣＦ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロメタクリレート（ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロメタクリレートを含む共重合体、前記フルオロメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２ＣＨＣＯＯＲ’ｆ（ここで、Ｒ’ｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ（ＣＨ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロアクリレート（ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロアクリレートを含む共重合体、前記フルオロアクリレートとフルオロメタクリレートの共重合体、前記フルオロアクリレート、フルオロメタクリレートおよびメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２＝ＣＦＣＯＯＲ”ｆ（ここで、Ｒ”ｆはＣＨ３、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、Ｃ（ＣＦ３）３、或いはＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現される２−フルオロアクリレート（２−ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）の重合体および前記２−フルオロア��リレートの重合体を含む共重合体よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記第２光学用材料が、空気、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、メタクリル酸メチル（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする共重合体、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、スチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）を主成分とする共重合体、スチレンとアクリロニトリル（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）の共重合体、ポリ−４−メチルペンテン−１（ｐｏｌｙ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ−１）、エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ）と酢酸ビニル（ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）の共重合体、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリクロロスチレン（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリ塩化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリ酢酸ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、メタクリル酸メチルとスチレンとビニルトルエン（ｖｉｎｙｌｔｏｌｕｅｎｅ）、α−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ）及び／または無水マレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）からなる三元共重合体或いは四元共重合体、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリパーフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、フルオレン（ｆｌｕｏｒｅｎｅ）共重合体或いは三元共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）とポリメチルメタクリレートのブレンド、一般式ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＲｆ（ここで、Ｒｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、ＣＨ−（ＣＦ３）２、Ｃ（ＣＦ３）３、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ２ＣＦ２（ＣＦ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロメタクリレート（ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロメタクリレートを含む共重合体、前記フルオロメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２ＣＨＣＯＯＲ’ｆ（ここで、Ｒ’ｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ（ＣＨ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロアクリレート（ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロアクリレートを含む共重合体、前記フルオロアクリレートとフルオロメタクリレートの共重合体、前記フルオロアクリレート、フルオロメタクリレートおよびメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２＝ＣＦＣＯＯＲ”ｆ（ここで、Ｒ”ｆはＣＨ３、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、Ｃ（ＣＦ３）３、或いはＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現される２−フルオロアクリレート（２−ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）の重合体および前記２−フル��ロアクリレートの重合体を含む共重合体よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項７】
前記第３光学用材料が、空気、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、メタクリル酸メチル（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする共重合体、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、スチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）を主成分とする共重合体、スチレンとアクリロニトリル（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）の共重合体、ポリ−４−メチルペンテン−１（ｐｏｌｙ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ−１）、エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ）と酢酸ビニル（ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）の共重合体、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリクロロスチレン（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリ塩化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリ酢酸ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、メタクリル酸メチルとスチレンとビニルトルエン（ｖｉｎｙｌｔｏｌｕｅｎｅ）、α−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ）及び／または無水マレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）からなる三元共重合体或いは四元共重合体、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリパーフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、フルオレン（ｆｌｕｏｒｅｎｅ）共重合体或いは三元共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）とポリメチルメタクリレートのブレンド、一般式ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＲｆ（ここで、Ｒｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、ＣＨ−（ＣＦ３）２、Ｃ（ＣＦ３）３、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ２ＣＦ２（ＣＦ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロメタクリレート（ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロメタクリレートを含む共重合体、前記フルオロメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２ＣＨＣＯＯＲ’ｆ（ここで、Ｒ’ｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ（ＣＨ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロアクリレート（ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロアクリレートを含む共重合体、前記フルオロアクリレートとフルオロメタクリレートの共重合体、前記フルオロアクリレート、フルオロメタクリレートおよびメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２＝ＣＦＣＯＯＲ”ｆ（ここで、Ｒ”ｆはＣＨ３、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、Ｃ（ＣＦ３）３、或いはＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現される２−フルオロアクリレート（２−ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）の重合体および前記２−フル��ロアクリレートの重合体を含む共重合体よりなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項８】
分散相の断面が、円形、楕円、星形、三角形、四角形、五角形、六角形、その他多角形または他の幾何学的な閉曲面の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項９】
前記分散相が、規則的または不規則的な格子配置を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１０】
前記分散相が、三角形（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ）、四角形（ｓｑｕａｒｅ）、六角形（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）、またはハニカム形（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）の配置形態であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１１】
前記分散相が三角形（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ）、四角形（ｓｑｕａｒｅ）、六角形（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）、およびハニカム形（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）から選択された二つ以上の配置形態が共存する形態であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１２】
分散相の大きさが連続相の中心からの距離にしたがって変化することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１３】
一つ或いは二つ以上のコアが存在することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１４】
第１光学用材料を連続相に、第２光学用材料を多数個の分散相に押出し、前記多数個の分散相が軸方向に配向されるようにする光ファイバ母材を製造し、これを連続的に延伸して光ファイバを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、押出ダイを用いたプラスチック光ファイバの製造方法に関し、さらに詳細には、クラッド（Ｃｌａｄ）領域に光子結晶構造（フォトニッククリスタル構造；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を導入してコア（Ｃｏｒｅ）との屈折率差または光子結晶禁制帯（フォトニッククリスタルバンドギャップ；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｎｄ ｇａｐ）を有する光子結晶ファイバ（フォトニッククリスタルファイバ；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ；以下、ＰＣＦ）母材を製造する方法に関する。
【０００２】
従来の技術
ＰＣＦは通常、断面に気孔の分布されているクラッドが高屈折率のコアを囲んでいる形態で既存の内部全反射現象によって光導波がなされる高屈折率コア型と、気孔の分布されているクラッドが気孔などの低屈折率のコアを囲んでいる形態で光子結晶禁制帯（フォトニッククリスタルバンドギャップ；ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｎｄ ｇａｐ）現象によって光導波がなされる低屈折率コア型とがある。
【０００３】
光子結晶構造（フォトニッククリスタル構造；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の形成されたクラッド層を有する光ファイバの光導波性質に関する内容は多くの文献に紹介されている。その例に、Ｋｎｉｇｈｔ ｅｔ ａｌ．， ”Ａｌｌ Ｓｉｌｉｃａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｃｌａｄｄｉｎｇ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖ．２１， Ｎｏ．１９， ｐ１５４７（１９９６）、そしてＢｉｒｋｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖ．２２， Ｎｏ．１３， ｐ９６１（１９９７）などがあるが、これらはシリカコアと多孔性シリカクラッド層からなる単一モード光ファイバの特徴に関する内容を記述している。このＰＣＦは、複数のシリカ管からなる三角形（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ）格子の束のうち、中心のシリカ管をシリカ棒に取り替えた後、高温における延伸方法を通じて製造される。中心のシリカ棒は、従来の階段型屈折率（Ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ；以下、ＳＩ）光ファイバのコアに該当し、これを取り囲んで軸方向に垂直な断面上に規則的な配列の気孔を含むクラッディング層からなる。クラッディング領域に存在する気孔は、光ファイバの軸方向両端まで延伸された構造となっているが、これによりクラッド層は有効屈折率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）の変化が生じ、モードフィールド（ｍｏｄｅ ｆｉｅｌｄ）径や分散性質（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）などの光導波性質の変化をもたらす。光ファイバ断面上の光強さの分布（ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、光ファイバの特性を決定する重要な因子であるが、結果としてクラッド層の有効屈折率の変化は光ファイバの光導波性質を変化させる。また、階段型屈折率の光ファイバに比べて高出力のレーザーを単一モードで導波できる独特な結果を示すこともある。さらに、クラッディング領域で気孔の分率を調節することでコアとの相対屈折率を調節できるという事実も極めて有利な点である。このＰＣＦは、既存の光ファイバの光導波概念である内部全反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：以下、ＴＩＲ）メカニズムによるものであって、高い屈折率からなるコア領域とこれより低い屈折率を有する物質がクラッド層を形成する、軸方向に垂直な断面を有する部類の光ファイバである。既存のＰＣＦの特異な特性はＢｒｏｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， ”Ｉｎｖｉｔｅｄ Ｐａｐｅｒ ： Ａ ｎｅｗ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”， Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖ．５， ｐ３０５（１９９９）によく記載されている。
【０００４】
一方、軸方向に垂直な断面に分散された気孔が三角形やハニカム（ｈｏｎｅｙ ｃｏｍｂ）模様などのような任意の周期的な構造の格子形状を有するクラッディングで囲まれたコアが気孔からなるとき、この構造に相応する周波数を有する光に対して２次元的に光子結晶禁制帯（フォトニッククリスタルバンドギャップ；ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｎｄ ｇａｐ；以下、ＰＣＢＧ）が形成され光がコア領域に限定されることとによって光導波がなされるという事実が知られている（Ｂｉｒｋｓ ｅｔ ａｌ．， ”Ｆｕｌｌ２−Ｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄ ｇａｐ ｉｎ ｓｉｌｉｃａ／ａｉｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖ．３１， Ｎｏ．２２， ｐ１９４１（１９９５）， Ｋｎｉｇｈｔ ｅｔ ａｌ． ”Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄ ｇａｐ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ”， Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖ．２８２， ｐ１４７６（１９９８））。
【０００５】
このようなＰＣＢＧ構造は新規の光学的概念であって、３次元の周期性を有するＰＣＢＧ物質においてこれに相応する一定な波長を有する波はこの物質を通じて進行されることが制限される。２次元の周期性を有するＰＣＢＧ物質の場合、伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）の禁じられた周期面（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐｌａｎｅ）に対して垂直な伝播定数β（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）は任意の範囲を有する。それら物質の応用例の一つが、ＰＣＢＧ物質からなるクラッドで囲まれた中心気孔領域に光を制限する方法を用いて光導波を具現することである。このようにクラッド層が適当な分散配列の断面を有する光ファイバは、コアのみに光を限定して導波でき、情報通信網を用いた高速／大容量のデータ伝送において画期的な転機をもたらすとされている。
【０００６】
このＰＣＦは、連続相をなす光学材料と主に空気からなっている分散相の屈折率比、分散相の大きさとこれらの中心間の距離によって様々な特異な性質を示し、ＰＣＢＧの存在有無もこれらの値に依存する。既存のＰＣＦにおいて主に連続相をなす光学的材料には、シリカ（屈折率１．４５）が使用されており、主な製造方法は、シリカ管と棒を任意の断面配列を有するように束ねっておよそ２０００℃の高温で延伸を行う方法であった。この製造方法において主な因子は、延伸された後の断面における気孔の大きさ、気孔の中心間の距離、気孔の配列形状であり、これにより一次的にクラッドの有効屈折率が変化して、シリカコアとの屈折率差による光導波の具現を主な原理としていた。その内容は、米国特許第５，８０２，２３６号、国際公開ＷＯ  ００／１６１４１号、ＷＯ  ００／３７９７４号、ＷＯ  ９９／００６８５号、ＷＯ  ００／４９４３５号、ＷＯ  ００／６０３８８号、ＷＯ  ９９／６４９０３号、ＷＯ  ００／６４９０４号などによく記述されている。
【０００７】
しかし、１．４５程度の屈折率を有する高分子光学材料を分散相の材料として押出機を用いた微細構造の断面を有するＰＣＦ母材を製造する方法は知られていない。但し、このような多孔性ファイバの押出は、断面上に多重のコアホロー（ｃｏｒｅ ｈｏｌｌｏｗ）を含む内視鏡（ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ）の製造（米国特許第５，４７１，５５３号）および光学的信号伝達用光ファイバの製造（米国特許第６，１８８，８２４号）などに使用されているが、これらの場合も既存のＴＩＲ概念を根幹にする多重の光ファイバ束の製造をその目的とする。特に、既存の自動車排気領域に使用される触媒コンバータ（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を製造するために、無機材料を用いたハニカム形態の構造の製作のために押出機ダイを使用した発明を応用してＰＣＦの母材製作および延伸工程に関する方法（米国特許第６，２６０，３８８号）が提示されたが、その使用された押出ダイが本発明より提示した構造と異なっており、材料においても高温焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）工程が伴われるガラスパウダーとバインダーの混合物を例に挙げている。つまり、本発明で使用される押出ダイは、高分子溶融体の押出に好適であると同時に、断面に分布された分散相を空気以外の連続相の光学物質とは異なる光学的物質を分布せしめ得る特長を有する。
【０００８】
発明の要約
本発明は、前記の従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、高分子溶融体の押出に好適に設計されたダイを用いて、微細構造の光ファイバをより簡単で低廉な費用で製造することができ、既に記述した因子以外に、容易に調節可能な因子を加えてより正確で広い応用分野を形成させ得る光子結晶（フォトニッククリスタル；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）を有するプラスチック光ファイバの製造方法を提供することをその目的とする。
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、第１光学用材料を連続相に、第２光学用材料を多数個の分散相に押出して、前記多数個の分散相が軸方向に配向されるようにする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【００１０】
図面の簡単な説明
図１Ａは、本発明によるプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造の一例を示す断面図、
図１Ｂは、図１Ａの押出ダイ構造を押出方向から見た図、
図２Ａは、分散相物質を注入する別の装置を設けずに空気を分散相にするプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造の一例を示す断面図、
図２Ｂは、図２Ａの押出ダイ構造を押出方向から見た図、
図３は、本発明によって製造されるプラスチックＰＣＦ母材の断面概略図、
図４は、実施例１で使用された押出ダイを押出方向から見た図、
図５は、実施例２で使用された押出ダイを押出方向から見た図である。
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明は、押出ダイを使って連続相内で分散相が軸方向に配向された光ファイバ母材を提供することを特徴とする。
【００１２】
分散相は、一定な大きさと形態を有し、規則的な格子形態に配列されたり、不規則的に分布されたりし得る。このような分散相の体積分率によってクラッド層の有効屈折率が変化し、これにより、既存の階段型屈折率差を用いた光ファイバでは観察できなかった特異な性質が表れる。
【００１３】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明によってプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造を示す図である。押出機からダイ１の入口に移送された樹脂溶融体５は、ダイの断面に存在する任意の配列を有する構造２によって分散相３を含めてダイの出口から出る。ダイには分散相の物質を注入できる入口６が存在するが、これを通じて空気などの分散相の物質が連続相４に分布する。
【００１４】
図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂとは異なり、分散相物質を注入する別の装置を設けずに空気を分散相にするプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造を示す図である。分散相が空気である場合、別の分散相の物質を注入する装置無しにダイの断面に存在する任意の配列を有する構造２によって空気７が分散された連続相４の断面を有する母材の製造が可能である。
【００１５】
本発明のように押出ダイを使って光ファイバ母材を製造する場合、押出ダイ構造を調節して分散相の形状、大きさ、距離、配列などを容易に変形することができる。
【００１６】
図３には、光学用高分子を連続相とし、空気を分散相として製造されたプラスチックＰＣＦ母材の一例を示す。ここで、参照符号８は母材における分散相直径（ｄ’）を表し、参照符号９は母材における分散相の中心間距離（Λ’）を表すが、これらもまた、調節因子の一つである。
【００１７】
ＰＣＦの母材を製造するに際し、目的とする波長の光に対する吸収損失が最小となるように光学的に透明な物質を原料として使用しなければならなく、従来から使用されてきたシリカのほかにも、シリカに類似する屈折率を有する様々な光学用プラスチック材料を使用してもいい。
【００１８】
本発明において光学用材料として選択され得る光学用高分子には、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、メタクリル酸メチル（ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成とする共重合体、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、スチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）を主成分とする共重合体、スチレンとアクリロニトリル（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）の共重合体、ポリ−４−メチルペンテン−１（ｐｏｌｙ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ−１）、エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ）とビニルアセテート（ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）の共重合体、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリクロロスチレン（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリ塩化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリ酢酸ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、メタクリル酸メチルとスチレンとビニルトルエン（ｖｉｎｙｌｔｏｌｕｅｎｅ）、α−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ）及び／または無水マレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）からなる三元共重合体或いは四元共重合体、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリパーフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、フルオレン（ｆｌｕｏｒｅｎｅ）共重合体或いは三元共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）とポリメチルメタクリレートのブレンド、一般式ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＲｆ（ここで、Ｒｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、ＣＨ−（ＣＦ３）２、Ｃ（ＣＦ３）３、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ２ＣＦ２（ＣＦ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロメタクリレート（ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロメタクリレートを含む共重合体、前記フルオロメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２ＣＨＣＯＯＲ’ｆ（ここで、Ｒ’ｆは（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、ＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、或いはＣＨ（ＣＨ３）２、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現されるフルオロアクリレート（ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする高分子、前記フルオロアクリレートを含む共重合体、前記フルオロアクリレートとフルオロメタクリレートの共重合体、前記フルオロアクリレート、フルオロメタクリレートおよびメチルメタクリレートの共重合体、一般式ＣＨ２＝ＣＦＣＯＯＲ”ｆ（ここで、Ｒ”ｆはＣＨ３、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＨ、（ＣＨ２）ｍ（ＣＦ２）ｎＦ、Ｃ（ＣＦ３）３、或いはＣＨ２ＣＦ２ＣＨＦＣＦ３、ｍ＝１〜２０、ｎ＝１〜２０の整数である。）で表現される２−フルオロアクリレート（２−ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙ��ａｔｅ）の重合体および前記２−フルオロアクリレートの重合体を含む共重合体などがある。物質的な観点から望む波長の吸収損失を最小化するためには物質の選択においてフルオロ置換プラスチックや重水素置換プラスチックなどを含む光学用材料等を使用することができる。
【００１９】
分散相を形成する第２光学用材料には、第１光学用材料より低い屈折率を有する光学用高分子を使用することができるが、好ましくは、分散相は気孔で形成する。
【００２０】
本発明の光ファイバ母材では、コアを連続相に形成して内部全反射現象を通じて光導波がなされる高屈折率コア型ＰＣＦまたはコアを分散相に形成して光子結晶禁制帯（フォトニッククリスタルバンドギャップ；Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｂａｎｄ ｇａｐ）効果によって光導波がなされる低屈折率コア型ＰＣＦを製造することができる。また、コアを連続相より屈折率の高いまたは低い第３光学用材料で形成して光ファイバ母材を製造することも可能である。
【００２１】
本発明の良好な実施例
本発明は、下記の実施例によってさらに具体化されるが、下記の実施例は、本発明の具体的な例示に過ぎないもので、本発明の保護範囲を限定または制限するためのものではない。
【００２２】
実施例１
図４のような構造を有する押出ダイを使用して屈折率が１．４９、溶融流れ指数が２３０℃で１．５ｇ／１０ｍｉｎであるポリメチルメタクリレートの溶融体を押し出した。分散相の押出における分散構造物はハニカム形態の配列を有し、中心にコアを押出するための構造物が位置した。押出された母材はｄ’＝１ｍｍ、Λ’＝２ｍｍの気孔がハニカム形の配列からなるクラッド領域を有しており、中心に直径１ｍｍの気孔からなるコアを有している。この母材の直径は５０ｃｍである。分散相の場合、押出過程で窒素を投入して気孔を保持するようにした。
【００２３】
実施例２
図５のような構造を有する押出ダイを使って屈折率が１．４９、溶融流れ指数が２３０℃で１．５ｇ／１０ｍｉｎのポリメチルメタクリレートの溶融体を押出した。分散相に気孔を形成するための分散構造物は三角形の配列を有し、中心にはコアを押出するための構造物が存在する。押出された母材はｄ’＝１ｍｍ、Λ’＝２ｍｍの気孔が三角形の配列からなるクラッド領域を有しており、中心に直径１ｍｍのポリメチルメタクリレートからなるコアを有する。この母材の直径は５０ｃｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａは、本発明によるプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造の一例を示す断面図であり、
図１Ｂは、図１Ａの押出ダイ構造を押出方向から見た図である。
【図２】図２Ａは、分散相物質を注入する別の装置を設けずに空気を分散相にするプラスチックＰＣＦ母材を製造するための押出ダイ構造の一例を示す断面図であり、
図２Ｂは、図２Ａの押出ダイ構造を押出方向から見た図である。
【図３】図３は、本発明によって製造されるプラスチックＰＣＦ母材の断面概略図である。
【図４】図４は、実施例１で使用された押出ダイを押出方向から見た図である。
【図５】図５は、実施例２で使用された押出ダイを押出方向から見た図である。
【国際公開パンフレット】
2004522200.tif 000003
2004522200.tif 000004
2004522200.tif 000005
2004522200.tif 000006
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004522200.tif 000022
【国際調査報告】
2004522200.tif 000023