塑料和玻璃的光纤的制作方法

专利名称：：塑料和玻璃的光纤的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有玻璃纤芯和塑料包层的塑料和玻璃的光纤。
背景技术：
：作为主要在家庭内LAN、办公室LAN、车载通信等短距光通信中使用的光纤，现提出有纤芯及包层均由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)树脂等塑料构成的塑料光纤(以下为POF)、纤芯由石英玻璃构成且包层由聚合物树脂构成的塑料包层光纤(以下PCF)。就这些光纤而言，纤芯的折射率分布成为在纤芯内恒定的阶跃型。作为阶跃型折射率分布的优点，可以举出如下，即在制造纤芯母材时，可以不向石英玻璃中添加锗等添加物而制造，所以可以廉价地制造折射率均匀的母材。作为记载了POF的文献有专利文献l。另外，作为记载了PCF的文献有专利文献24。作为光纤的重要参数，主要可以举出作为与光源的耦合容易度的指标的纤芯直径及数值孔径(以下记为NA)、以M示传输容量的频带。但是，通常在由一个纤芯和包层构成的阶跃型光纤中，NA和频带为相反的关系，如果增大NA，则频带变窄，为了扩大频带有必要减小NA。如果减小NA，则与光源的耦合效率降低。通常，多模光纤的频带主要由多模色散引起。多模色散由模式间的群延迟时间差来表示，群延迟时间差最快的模式和最慢的模式的差(最大群延迟时间差)成为最大的多模色散。通常，在具有阶跃型折射率分布的一层纤芯结构的情况下，模式数量仅依赖于NA或相对折射率差(以下记为A)，最快的模式成为基本模式，最慢的模式成为最高次模式。因此，为了提高频带，有必要如上所述减小NA(或A)。但是，NA(或A)不依赖于纤芯直径，所以可以选择需要的纤芯直径且与NA(或A)的设定无关。通常，A及NA用下式表示。数ll<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>[数4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>在这些式子中，m表示玻璃纤芯的折射率，！12表示聚合物纤芯的折射率，n3表示聚合物包层的折射率、它们满足n—n^ii3的关系。本发明人等进行了潜心研究，其结果，通过适当调整上述参数A、a2、&、A2,可以在维持传输频带的同时增大NA，发现即便在该条件下也可以将纤芯直径&、a2增大至最大限的最佳关系，以下进4亍详细i兌明。本发明的光纤，其特征在于，满足下述的关系，即，上述玻璃纤芯的直径ai在llOjim以上200nm以下的范围内，而且，在将上述玻璃纤芯的直径设为ai、将上述聚合物纤芯的直径设为32时，用X二a22/a定义的参数X在1.15<X<2.9的范围内，而且，在将上述玻璃纤芯和聚合物纤芯之间的相对折射率差设为&、将上述聚合物纤芯和聚合物包层之间的相对折射率差设为&时，关于用定义的^^ltY,如果上述^f^tX在1.15《X《2的范围内时，则Y在0.25<Y<0.84X-0.68的范围内，如果上述参数X在2<X<2.9的范围内，则Y在0.48X-0.71<Y<-(2/9)X+13/9的范围内，而且，在将聚合物纤芯的直径设为a2、将玻璃纤芯的折射率设为ih、将聚合物纤芯的折射率设为n2、将聚合物包层的折射率设为n3时，用2e。te213、l咖e丄i2定义的^tZ2c。re、Zkore之比ZR=Z2core/Zlc。re在1.25<ZR<4的范围内。上述参数X及Y用下式来定义。[数5<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>就本发明的光纤而言，用2L定义的桐故X在1.15<X<2.9的范围内。在X为该范围外的情况下，频带为l层纤芯的情况同等程度以下的值，未显现出为2层纤芯的效果。更优选MX为1.8以上。即，如果在1.8<X<2.9的范围内，上述参数Z与l层纤芯相比为2倍以上，所以可以得到足够高的与光源的耦合效果。如果耦合效率高，连接器所需的加工精度变得宽松，加工成本降低，作为整个系统具有可以以廉价构筑的优点。进而在本发明的光纤中，用Y-A2/Ai定义的^Y，相对于^ltX满足以下的(i)、(ii)的关系。(i)在1.15"Q的情况下，0.25<Y<;0.84X-0.68(ii)在2<X<2.9的'清;兄下，0.48X-0.71<Y<隱(2/9)X+13/9通过参数X和Y满足上述关系，在该范围内的所有条件中，具有2层纤芯结构的光纤，与1层纤芯的情;X4目比，可以得到频带、NA、纤芯直径所有均出色的光纤。需要说明的是，为了便于参数X、Y满足(i)、(ii)的关系范围的理解，在图2中用细实线示出该范围的边界线。在X和Y满足上述(i)、(ii)的关系时，Y的值在0.25《Y《1的范围内。当Y在该范围外时，频带与l层纤芯的情况相比为同等程度以下的值，不会显现出为2层纤芯的效果。另外，进一步优选Y4。如果X和Y满足上述(i)、(ii)的关系，则在X二2时，Y=l。如此，在维持频带的同时NA为最大值(1.4倍左右)，所以可以得到与光源的足够高的耦合效率。如果耦合效率高，连接器所需的加工精度变得宽松，所以加工成本降低，作为系统整体具有可以以廉价构筑的优点。在本发明的光纤中，优选玻璃纤芯和聚合物纤芯之间的相对折射率差Ai为L2。/。以下。通过使Ai在该范围内，频带成为20MHz'km以上，作为短距离用光纤，可以得到足够高的频带。在本发明的光纤中，玻璃纤芯的直径at为110nm以上20(Him以下。在玻璃纤芯直径^低于110nm的情况下，作为2层纤芯光纤在特性上没有特别问题。但是，能够将具有Z与该2层纤芯光纤同样的纤芯直径的1层纤芯光纤，设计成玻璃纤芯直径为200nm以下，即〗更是1层纤芯光纤，也能充分确保针对弯曲的寿命，可以得到2层纤芯的优点。另一方面，如果玻璃纤芯直径&超过200nm，则不限于l层纤芯，即便是2层纤芯，针对弯曲的寿命也大大降低，所以不优选。在2层纤芯光纤中，只要玻璃纤芯直径A为110nm以上200fim以下，就可以边较大地维持Z参数，边使玻璃纤芯直径从针对弯曲的寿命的观点来看在优选范围内。在本发明的光纤中，优选聚合物纤芯的厚度为10jim以上。在这里，聚合物纤芯的厚度用(a2-^)/2来定义。在聚合物纤芯的厚度低于lOjim的情况下，^^在制造光纤时将聚合物纤芯相对于玻璃纤芯的偏心量调节得较小(成为同心圆状)，无法实现。但是，通过使聚合物纤芯的厚度为10nm以上，容易将偏心量调节得较小，制造性提高。在本发明的光纤中，在将聚合物纤芯的直径设为a2、将玻璃纤芯的折射率设为ih、将聚合物纤芯的折射率设为n2、将聚合物包层的折射率设为n3时，用Z加,a》XW)人,、/4"W)定义的錄Z2c。re、z一之比ZR=Z2c。re/Zlc。re处于1.25<ZR<4的范围内。如果该参数ZR的值不在上述范围内，不会产生2层纤芯结构的优点，而且如果与参数X及Y—起，该参数ZR的值在上述范围内，可以实现破断概率的提高、NA的提高、频带的提高。实施例以下，通过实施例对本发明进行具体说明。如表1所示，使直径^的石英玻璃(折射率n产1.457)为玻璃纤芯，在其外周形成直径a2的聚合物纤芯，进而在其外周形成聚合物包层，来试制光纤。聚合物纤芯及聚合物包层应用了分别对折射率(112、113)进行了调整的添加了氟的聚合物，得到具有所需的相对折射率差A"&的光纤。试制的光纤为实施例1~12及比较例17中记载的共19种。图2中用细实线示出本发明的光纤中X、Y的值的范围，进而用符号示出各实施例及比较例中的X、Y的值。关于这些试制的各实施例及比较例涉及的光纤，算出参数X、Y、Z的值，另外，求出NA及频带。进而，为了与具有折射率m的玻璃纤芯和折射率ih的聚合物包层且相对折射率差A等于^的1层纤芯结构的光纤进行比较，求出NA比、ZR、1层纤芯设计纤芯直径、频带比、估计破断概率、1层纤芯估计破断概率，进行各光纤的评价。将它们的结果示于表i;S^2。关于估计破断概率，在玻璃纤芯直径^为200nm以下的情况下评价为"〇，，，在^超过200nm的情况下评价为"x"。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在这里，所谓NA比、ZR及频带比，是对玻璃纤芯的直径及折射率等于2层纤芯光纤的玻璃纤芯的直径31及折射率iu且聚合物包层的折射率等于2层纤芯光纤的聚合物纤芯的折射率！12的1层纤芯光纤(该1层纤芯光纤的相对折射率差A等于2层纤芯光纤的Alt>)求出的NA、Z及频带之比(即，用针对2层纤芯光纤的值/[针对l层纤芯光纤的值]表示比)。如果这些比值大于l，示出2层纤芯光纤比1层纤芯光纤出色。所谓1层纤芯设计纤芯直径，是在玻璃纤芯的折射率大于2层纤芯光纤的玻璃纤芯的折射率ih且聚合物包层的折射率等于2层纤芯光纤的聚合物纤芯的折射率112的1层纤芯光纤(该1层纤芯光纤的相对折射率差A等于2层纤芯光纤的&。)中，按照使MZ值等于2层纤芯光纤的Z值的方式改变玻璃纤芯直径而进行^没计时的该1层纤芯光纤的玻璃纤芯直径。另外，所谓l层纤芯的估计破断概率，是对具有上述的1层纤芯设计纤芯直径的1层纤芯光纤求出的估计破断概率，将1层纤芯设计纤芯直径为200jim以下的情况评价为"〇"，将l层纤芯设计纤芯直径超过200nm的情况评价为"x"。以下详细说明结果。实施例1~6是将玻璃纤芯直径&固定为200nm、&固定为1.2%且按照使X、Y、ZK的值处于规定范围内的方式选择聚合物纤芯直径32及A2的2层纤芯光纤。在这些2层纤芯光纤中，NA比为1.10-1.39，ZR为1.32~3.75，频带比为11.22，可知比l层纤芯光纤出色。另一方面，比较例1是玻璃纤芯直径^为200nm、^为1.2%的1层纤芯光纤，比较例2~5是将玻璃纤芯直径ai固定为200nm、M固定为1.2%且按照使X及Y的值处于规定范围内的方式选择聚合物纤芯直径&2及A2的2层纤芯光纤。由于比较例l是l层纤芯光纤，所以NA比、ZR及频带比均为1。另外，在比较例2~5的2层纤芯光纤中，NA比和ZR为1以上，但频带比低于1，可知与1层纤芯光纤相比频带减小。根据以上，可以说如果参数X、Y、ZR的值在本发明中不处于特定的范围内，就不会产生作为2层纤芯结构的优点。另外，可知如果MX、Y、ZR的值在本发明中处于特定的范围内，则破断概率、NA、频带就会增加。接着，对仅仅是A不同而不改变X、Y的值的实施例5、7、8进行说明。由于Y4，所以均为A产A2，但在实施例5中为1.2%，在实施例7中为0.8%,在实施例8中为1.4%。关于这三个实施例，NA比、ZR、频带比均为1以上。另外可知，在实施例5和7中，频带为20MHz'km以上，成为宽频带的光纤，与此相对，在实施例8中，频带低于20MHzkm。所以，在&为1.2%以下的情况下，频带宽，示出更良好的特性。另外可知，关于Y值，如果比较实施例1~6，则在Y=l的实施例5中，A产&，与Y〈1的情况相比，NA成为最大，所以NA比也成为最大。进而可知，关于X值，如果比较实施例9、10，则在X4.8的实施例9中，ZR为2以上，但在乂=1.6的实施例10中，Z比低于2。由此可知，只要X为1，8以上，则ZR为2以上，可以充分发挥2层纤芯结构的优点。进而，关于已使玻璃纤芯直径ai减小的实施例11、12，通过^吏其为2层纤芯结构，NA比、ZR、频带比当然为l以上。关于l层纤芯设计的纤芯直径，才艮据实施例ll,2层纤芯结构的玻璃纤芯直径为ll(Him，与此相对，就得到相等Z值的1层纤芯结构而言，玻璃纤芯直径有必要为216nm。在该情况下，就l层纤芯结构而言，针对弯曲的光纤的破断概率降低。也就是说，在2层纤芯结构中，即便是小曲率半径也会得到足够的可靠性，但在l层纤芯结构中，如果减小曲率半径，则破断的概率升高，无法减小曲率半径来使用，所以可以说从耐弯曲性的观点出发不优选。比较例6、7及其他实施例也示出同样的情况。如以上的说明所示，关于2层纤芯光纤，如果玻璃纤芯直径&为llOjim以上200nm以下，则与具有同等Z的1层纤芯光纤相比，可以得到耐弯曲性足够出色的高可靠性的光纤，进而，通过使参数X、Y、ZR在本发明中为特定的范围内，与l层纤芯光纤相比，可以得到NA、Z、频带均出色的光纤。进而，通过^f吏Ai为1.2%以下，频带也增宽，可以得到更好的特性。进而，通过使X的值为1.8以上，ZR成为2倍以上，可以充分发挥2层纤芯结构的优点。进而，通过使其为Y=l,则成为最大的NA,可以进一步提高光源的耦合效率。工业上的可利用性本发明的光纤，特别适合用作在家庭内LAN、办公室LAN、车载通信等短距离光通信中4吏用的光纤。权利要求1.一种塑料和玻璃的光纤，该光纤具备由玻璃构成的玻璃纤芯；聚合物纤芯，其设置在该玻璃纤芯的外周、且由折射率比该玻璃纤芯的折射率低的添加了氟的聚合物构成；和聚合物包层，其设置在该聚合物纤芯的外周、且由折射率比该聚合物纤芯的折射率低的聚合物构成；并满足如下的关系上述玻璃纤芯的直径a1在110μm以上200μm以下的范围内，且在将上述玻璃纤芯的直径设为a1、将上述聚合物纤芯的直径设为a2时，以X＝a22/a12定义的参数X在1.15≤X≤2.9的范围内，而且，在将上述玻璃纤芯和聚合物纤芯之间的相对折射率差设为Δ1、将上述聚合物纤芯和聚合物包层之间的相对折射率差设为Δ2时，用Y＝Δ2/Δ1定义的参数Y，如果上述参数X在1.15≤X≤2的范围内，则在0.25≤Y≤0.84X-0.68的范围内，如果上述参数X在2≤X≤2.9的范围内，则在0.48X-0.71≤Y≤-(2/9)X+13/9的范围内，而且，在将聚合物纤芯的直径设为a2、将玻璃纤芯的折射率设为n1、将聚合物纤芯的折射率设为n2、将聚合物包层的折射率设为n3时，用id="icf0001"file="A2007800535060002C1.tif"wi="59"he="7"top="162"left="17"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>id="icf0002"file="A2007800535060002C2.tif"wi="56"he="7"top="161"left="78"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>定义的参数Z2core、Z1core之比ZR＝Z2core/Z1core在1.25≤ZR≤4的范围内。2.根据权利要求l所述的塑料和玻璃的光纤，其中，所述玻璃纤芯和聚合物纤芯之间的相对折射率差M为1.2%以下。3.根据权利要求1或者2所述的塑料和玻璃的光纤，其中，所述参数X为1.8以上。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的塑料和玻璃的光纤，其中，所述^ltY等于l。5.根据权利要求1~4中任意一项所述的塑料和玻璃的光纤，其中，用(ar&)/2定义的所述聚合物纤芯的厚度为10nm以上。全文摘要本发明的塑料和玻璃的光纤，具备玻璃纤芯(直径(a₁)、相对折射率差(Δ₁)、折射率(n₁))、聚合物纤芯(直径(a₂)、相对折射率差(Δ₂)、折射率(n₂))和聚合物包层(折射率(n₃))，玻璃纤芯的直径(a₁)为110μm～200μm，参数X(X＝a₂²/a₁²)为1.15≤X≤2.9，参数Y(Y＝Δ₂/Δ₁)为0.25≤Y≤0.84X-0.68(1.15≤X≤2时)或为0.48X-0.71≤Y≤-(2/9)X+13/9(2≤X≤2.9时)，参数Z_R(Z_R＝Z_2core/Z_1core；Z_2core＝a₂²π/4×(n₁²-n₃²)、Z_1core＝a₁²π/4×(n₁²-n₂²)为1.25≤ZR≤4的范围内。根据该塑料和玻璃的光纤，频带与1层纤芯光纤相比为同等程度以上，可以在改善耐弯曲性的同时满足大口径、高NA的要求。文档编号G02B6/036GK101688945SQ20078005350公开日2010年3月31日申请日期2007年10月15日优先权日2007年6月26日发明者冈田健志,山田成敏,松尾昌一郎申请人:株式会社藤仓