專利名稱：塑料光纖及光纖電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及芯及包層由樹脂形成的塑料光纖及光纖電纜。
背景技術：
近年，開發(fā)了各種如圖4所示的芯101及包層102使用了含氟樹脂、在近紅外線中也可使用的含氟樹脂塑料光纖(例如，日本專利特開平6-194549號)。例如，該塑料光纖中，芯的折射率分布以折光指數(shù)漸變型構成，能夠實現(xiàn)以100Mbps以上的傳輸速度在距離100m以上的兩點間的傳輸。
眾所周知，該塑料光纖為了提高強度，在包層102的外周設置了使用烴類樹脂的保護被膜103(參考圖4)。附有該保護被膜的塑料光纖例如以1m左右的距離(短距離)使用時，如果光以光纖的芯101的開口數(shù)(NA)以上的角度入射，則因為保護被膜103和空氣的折射率差，該光有時會在保護被膜103中傳輸。
例如，作為光環(huán)的光源使用的LD(半導體激光)和LED(發(fā)光二極管)中，大多數(shù)情況下同時使用聚光用透鏡，但為了降低成本而不使用該聚光用透鏡的情況下，從LD和LED出射的光在入射光纖前發(fā)生擴散，有時也會入射至芯101以外的保護被膜103等。這種情況下，在保護被膜103中傳輸?shù)墓庠趥鬏斈康牡氐忍幙赡軙霈F(xiàn)接收信號劣化等不良情況。
此外，在保護被膜103中傳輸?shù)墓馊绻捎镁哂?50nm以上的波長的紅外光，則它會被存在于保護被膜103中的烴類樹脂吸收，所以在傳輸10m以上的距離時，在該傳輸目的地不會觀測到在保護被膜103中傳輸?shù)墓狻?br> 但是，如果采用具有650nm等可見光范圍內的波長的光，則很難引發(fā)烴類樹脂的吸收現(xiàn)象，所以在傳輸目的地有時可觀測到在保護被膜103中傳輸?shù)墓狻４送?，在使用波長800nm以上的紅外光的情況下，在傳輸距離為數(shù)m這樣的短距離時，在保護被膜103中傳輸?shù)拿}沖光有時也會到達傳輸目的地的受光系統(tǒng)。
這種脈沖光入射到受光系統(tǒng)的情況下，由于保護被膜103的折射率高于芯101的折射率，所以在保護被膜103內部傳輸?shù)墓獾乃俣缺仍谛?01內部傳輸?shù)墓獾乃俣嚷Ｒ虼?，在保護被膜103中傳輸?shù)墓馀c在芯101內部傳輸?shù)墓庀啾瘸霈F(xiàn)延遲，在受光系統(tǒng)以兩個分離的脈沖被觀測到。其結果是，使誤碼更多，出現(xiàn)數(shù)字通信的質量下降的問題。
本發(fā)明的目的是鑒于上述事實，提供在未組合使用光源和聚光用透鏡的情況下，以及使用可見光和短距離通信的紅外光的情況下，在保護被膜中無不需要的傳輸光的傳導，能夠進行高質量光通信的塑料光纖，以及具有前述塑料光纖的光纖電纜。
發(fā)明的揭示本發(fā)明提供了塑料光纖，它是芯及包層由含有適宜的物質的樹脂形成、在形成于包層外周的保護被膜中使用了烴類樹脂的塑料光纖，該光纖的特征是，前述保護被膜的最外部形成了含有吸收特定波長或特定波長范圍的光的色素的吸收層。
提供的上述塑料光纖的特征是，芯及包層由含氟樹脂形成。
提供的上述塑料光纖的特征是，前述吸收層的構成是至少與在芯內部傳導的光具有相同的波長、從外部入射至該吸收層的光被前述色素吸收，防止前述入射的光進入芯及包層內部。
提供的上述任一項記載的塑料光纖的特征是，前述吸收層通過涂布形成。
提供的上述塑料光纖的特征是，前述色素采用使用了無機物的顏料、使用了有機物的顏料或兩種顏料混合而成的顏料。
本發(fā)明還提供了光纖電纜，該光纖電纜的特征是，具有上述任一項記載的塑料光纖。
對附圖的簡單說明

圖1為表示本發(fā)明的實施方式的含氟塑料光纖的構成的截面模擬圖。
圖2為表示本發(fā)明的使用了含氟樹脂塑料光纖的光纖電纜的一例的截面模擬圖。
圖3為表示本發(fā)明的使用了含氟樹脂塑料光纖的光纖電纜的另一例的截面模擬圖。
圖4為表示以往的塑料光纖的構成的截面模擬圖。
實施發(fā)明的最佳方式以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1為表示本發(fā)明的實施方式的含氟塑料光纖的構成的截面模擬圖。
本實施方式的含氟樹脂塑料光纖從中心部開始依次具備芯1、包層2、保護被膜3和著色層4。特別是該著色層4中的基材41中含有藍色色素42。
芯1中含有含氟樹脂。例如，以全氟丁烯乙烯醚均聚物(折射率n1＝1.342)(旭硝子株式會社制，商品名サイトップ)為基材，然后在其中添加作為提高折射率的摻雜劑的折射率高于基材的全氟化合物，形成120μm的直徑。
此外，本實施方式中的芯1例如采用預成形法(也可以是擠壓成形法)，通過熱擴散等方法，具有接近中心部的折射率為1.355的正態(tài)(高斯)分布的折射率分布，構成GI(折光指數(shù)漸變)型。此外，作為該芯1部分的折射率分布，例如可構成SI(突變)型。
包層2與前述芯1的基材相同，含有含氟樹脂，使用了全氟丁烯乙烯醚均聚物，具有折射率n2＝1.342，形成了115μm(外徑230μm)的層厚。
如上所述，本發(fā)明的光纖的芯1及包層2通過含氟能夠使芯及包層材料的光分散程度有所下降。具體來講，與其它塑料光纖，例如PMMA制光纖相比，從可見光范圍到近紅外范圍的光分散少，與石英制光纖相比，在可見光范圍內的光分散少。這種光分散的下降在芯1中摻雜了全氟化合物時更為明顯、保護被膜3為了能夠吸收(近)紅外光而使用盡可能排除含氟的材料，本實施方式中，作為不含氟的樹脂，例如由折射率1.492的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成246μm(外徑492μm)的厚度。此外，本實施方式中，該保護被膜3以折射率高于芯1及包層2的折射率的狀態(tài)形成，但也可反過來。
另一方面，吸收層4的構成是至少與在芯1內部傳導的光具有相同的波長、從外部入射至該吸收層4的光被后述的色素42吸收，防止從吸收層4的側面入射的光進入芯1及包層2內部。此外，該吸收層4在基材41中使用了折射率高于保護被膜3的材料，例如形成7μm左右的厚度。本實施方式的基材41使用了折射率1.548的UV固化性環(huán)氧丙烯酸酯，通過壓模形成。
考慮到主要使用了傳輸光的波長，例如紅色或波長更長的信號光，為使這種波長的光即使從外部入射也會被吸收，防止其進入到芯1和包層2，使該吸收層4中含有能夠吸收波長與芯1內的傳輸波長相同的外來光的色素，例如，本實施方式中含有藍色色素42。
本實施方式的色素42由作為白色顏料的適宜的無機物(例如，TiO2、ZnO、2PbCO3等)和與該無機物混合的作為藍色顏料的適宜的有機物(例如，酞菁、二噁嗪、蒽系等)構成。此外，本實施方式的吸收層4中，在基材41中混合了15重量％的色素42，其折射率設定得高于保護被膜3(折射率n＝1.548)，但對該混合比例無特別限定。
吸收層4通過涂布形成于保護被膜3的外周面，從附著強度考慮，本實施方式在基材41中使用了UV固化樹脂，進行UV固化，但也可以在基材41中使用熱固性樹脂，進行熱固化。從生產性考慮，作為基材41最好采用UV固化樹脂，但對基材41的折射率無特別限定。
因此，本實施方式中，由于在吸收層4中混入了色素42，所以即使光從外部入射·透過該含氟樹脂塑料光纖，至少波長與芯1內傳輸?shù)男盘柟獾牟ㄩL相同的外來光能夠在透過吸收層4的過程中與色素42相遇時被吸收。其結果是，能夠防止光進入含氟樹脂塑料光纖內部的芯1。
如上所述，作為吸收的波長范圍，由于目前在光通信中使用近紅外范圍的光，所以最好在500～130nm的波長范圍內能夠顯現(xiàn)出吸收作用。
本發(fā)明還提供了具有上述含氟樹脂塑料光纖的光纖電纜。對光纖電纜本身的構成、結構無特別限定，如圖2和圖3的截面圖所示。此外，所用材料也可以是公知材料。
圖2所示的光纖電纜在中心具備抗拉體10，在外周面以等間隔形成了多個槽11的槽桿12的各槽11的每一個中裝入了上述含氟樹脂塑料光纖20。然后，在外周面卷繞擠壓卷帶13，再用護套14進行整體包覆。圖中的符號15是為了分線時容易剝去護套14、取出電纜中的含氟樹脂塑料光纖20而設置的撕開線。此外，雖然所示的是含氟樹脂塑料光纖20合計裝入12根的12線結構，但并不僅限于此，可適當選擇槽11及含氟樹脂塑料光纖20的數(shù)目。
如圖3所示，一個槽11中也可裝入多根(這里為4根)上述含氟樹脂塑料光纖20。
如圖3所示，一個槽11中裝入多根含氟樹脂塑料光纖20的情況下，為了防止因振動等而使含氟樹脂塑料光纖20間發(fā)生沖突，可一起包覆多根含氟樹脂塑料光纖20。這種情況雖然無圖示，但如日本專利特開平11-231181號公報記載，可形成扁形電纜。此外，如日本專利特開平11-202171號公報記載，也可將扁平化的電纜多根層疊。
以下，對本實施方式的作用進行說明。
如前所述，對作為著色層4的基材41使用的樹脂的折射率無特別限定，例如，由于可比保護被膜3的折射率高或低(本實施方式是著色層4的折射率高)，所以分不同情況進行說明。
(1)著色層4(基材41)的折射率高于保護被膜3(或相同)的情況例如，從光源入射至芯的特定波長λ的信號光的一部分進入到保護被膜3中。但是，因為折射率的關系，該保護被膜3和基材間不會發(fā)生全反射。因此，在保護被膜3中傳導的信號光中向與吸收層4的界面前進的光可以任意角度(有時超過臨界角)透過吸收層4而漏入吸收層4。其結果是，能夠除去在保護被膜3中傳導的光。
這里，入射至吸收層4的來自保護被膜3的光中，從該吸收層4向與外部的界面前進的光在以臨界角以上向該界面前進的情況下能逃逸至外部。另一方面，在臨界角以下向該界面前進的光因為發(fā)生了全反射，所以不能夠從吸收層4逃逸至外部。但是，由于該吸收層4中混合了能夠吸收該波長的光的色素42，所以即使是在與外部的界面發(fā)生全反射、不能夠逃逸至外部的光，也可被該色素42吸收而除去。此外，從外部入射至吸收層4的外來光也同樣能夠被色素42吸收而除去。
(2)著色層4(基材41)的折射率低于保護被膜3的情況在保護被膜3中傳導的光中，向與吸收層4的界面前進的光中，對應于與吸收層4的界面超過臨界角前進的光透過該界面，漏到吸收層4中，所以能夠除去在保護被膜3中傳導的光。另一方面，未超過臨界角的保護被膜3中的光在與吸收層4的界面發(fā)生全反射，但一部分光，即微觀被稱為所謂的衰減光(evanescentlight)進入到吸收層4。
眾所周知，光的傳導速度與傳導介質的折射率成反比。這里，上述(2)的基材41的折射率低于(1)，所以前述衰減光以比(1)的吸收層4內的速度更快的速度在吸收層4內前進。換言之，由于單位時間的移動距離長，所以與(1)的情況相比，(2)的情況中單位時間與色素42的沖突機率更高。這樣能夠在短時間內快速且有效地吸收·除去進入到吸收層4中的衰減光。此外，利用色素42吸收·除去衰減光的作用，在保護被膜3中傳導的光在與吸收層4的界面重復進行全反射時每次都發(fā)揮，所以在保護被膜3中傳導的光能夠逐漸減少。此外，從外部入射至吸收層4的外來光與(1)的情況同樣，能夠被色素42吸收除去。
以上，對本發(fā)明的含氟樹脂塑料光纖及光纖電纜進行了詳細說明，本發(fā)明的含氟樹脂塑料光纖及光纖電纜雖與其它塑料制光纖同樣，比石英制光纖的損失大，但由于具有撓性良好、即使增大芯1也難折斷的特性，所以特別適合于LAN等短距離通信。
以下對實施例進行說明。
對后述的比較例的塑料光纖A和本發(fā)明的塑料光纖B都采用長度為1.8m的光纖，進行比較它們的信號脈沖光的傳導特性的試驗。
比較例的塑料光纖A使用具有由全氟丁烯乙烯醚均聚物(折射率n1＝1.342)(旭硝子株式會社制，商品名サイトップ)制得的包層、其中心擴散了折射率高于包層的摻雜劑、形成了所要的折射率分布的芯的裸光纖(素線)，在該裸光纖(素線)外設置聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的保護被膜。
另一方面，本發(fā)明的塑料光纖B中所用的芯1、包層2及保護被膜3與比較例的塑料光纖A所用的相同。此外，在保護被膜3的外周形成作為基材41使用了UV固化性環(huán)氧丙烯酸酯、其中含有藍色色素的吸收層4，通過適當調整線速及UV照射強度，使公知的UV照射裝置發(fā)出的熱量達到該塑料光纖B的軟化熱量以下，形成7μm的厚度。光纖A和B的芯徑、包層徑、保護被膜徑采用同樣尺寸，分別為120μm、230μm和492μm。
此外，發(fā)光源使用半導體激光(波長810nm，近紅外光)，采用NA＝0.25的透鏡系使脈沖寬度50ps(皮可秒，×10-12)的脈沖入射至這些塑料光纖A和B中。塑料光纖A和B的入射端面被固定在光學顯微鏡的載物臺，使該光學顯微鏡的載物臺略微移動，能夠使脈沖從入射端面的各個位置入射。用浜松ホトニクス株式會社制試樣光示波器攝影機OOS-01觀察了從塑料光纖A和B的出射端面出來的脈沖波形。
(1)其結果是，通過光學顯微鏡的載物臺將塑料光纖A和B的入射端面的芯中心位置調整到前述透鏡系的焦點位置后，如果在各塑料光纖中入射脈沖，則不論是塑料光纖A或B，都無法確認在芯中傳導的脈沖以外的脈沖。
(2)另一方面，在從透鏡系的焦點位置開始沿塑料光纖A、B的軸方向僅向后方1mm處配置入射端面的芯中心的情況下，保護被膜3中也有來自發(fā)光源的部分脈沖，比較例的塑料光纖A觀測到比在芯中傳導的主脈沖延遲0.88ns、在保護被膜中傳導的2次脈沖。與此相反，塑料光纖B完全未觀測到比主脈沖延遲的2次脈沖(光通信受阻)。
這樣能夠確認可進行高質量的光通信。
所用芯1、包層2及保護被膜3與[例1]的比較例的塑料光纖A相同，在保護被膜3的外周形成作為基材41使用了UV固化性環(huán)氧丙烯酸酯、其中含有無機顏料炭黑的吸收層4，通過適當調整線速及UV照射強度，使公知的UV照射裝置發(fā)出的熱量達到塑料光纖A的軟化熱量以下，形成7μm的厚度，藉此制得塑料光纖C。該塑料光纖C的芯徑、包層徑、保護被膜徑采用與塑料光纖A和B同樣的尺寸，分別為120μm、230μm和492μm。塑料光纖C與塑料光纖A同樣，未觀測到在保護被膜中傳導的脈沖。
對塑料光纖A、C進行紫外線照射試驗，以15mm的彎曲半徑對試驗后的光纖重復進行1000次的彎曲試驗，比較加強層的脆化，其結果是，塑料光纖A在彎曲次數(shù)不到1000次時就斷裂了，而塑料光纖C未發(fā)生斷裂。由此可確認炭黑吸收了紫外線，能夠防止保護被膜3的脆化。
這里，對光纖電纜的一種進行了例示。即，如圖2所示，直徑11.5mm、中心具有由直徑1.6mm的經過鋼鐵發(fā)藍處理的鋼線形成的抗拉體10、外周以等間隔形成了12條槽11的聚乙烯制槽桿12的各槽11中分別裝入了1根[例1]制得的塑料光纖B，用厚0.18mm、寬30mm的聚酯制擠壓卷帶13卷繞3層，再用厚1.0mm的阻燃聚乙烯制護套14進行整體包覆。撕開線15采用了1000旦的對位系全芳香族聚酰胺纖維。
產業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明是芯及包層由含有適宜的物質的樹脂形成、形成于包層的外周的保護被膜部分使用了烴類樹脂的塑料光纖，在保護被膜部分的最外層形成了含有吸收特定波長或特定波長范圍的光的色素的吸收層，用于短距離、且高碼畢特速率的光傳輸時，能夠防止影響通信質量的在保護被膜中傳導的光的產生，從而能夠防止傳輸錯誤的出現(xiàn)。
本發(fā)明中，使來自光源的出射光在塑料光纖的芯集結成焦點，所以不需要以往使用的附有高價的透鏡的封裝LD和LED，或者以往作為光源所必須的外附透鏡，換言之，即使是無透鏡的封裝化的廉價的LD和LED，也能夠防止信號光在保護被膜中傳導的故障的出現(xiàn)，進而能夠降低傳輸裝置的成本。
此外，本發(fā)明通過在塑料光纖的最外層設置吸收層，即使從外部入射波長與塑料光纖的芯中傳輸?shù)男盘柟獾牟ㄩL相同的光，由于它能夠被吸收層中的色素吸收，所以不會進入到芯中，干擾信號光，能夠實現(xiàn)高質量的光通信。
本發(fā)明的塑料光纖即使在無被覆線等包覆的情況下鋪設，也能夠防止因日光和熒光燈的光線中包含的紫外線所造成的保護被膜的劣化。
另外，通過在塑料光纖的最外層設置著色層，在多根塑料光纖集合使用的情況下，能夠容易地識別各塑料光纖，能夠有效地完成多芯數(shù)的塑料光纖的各種作業(yè)。
本發(fā)明的光纖電纜具備具有上述各特性的含氟樹脂塑料光纖，所以在未與聚光用透鏡組合使用的情況下，或在使用可見光和短距離通信的紅外光的情況下，能夠排除不需要的傳導光，進行高質量的光通信。
權利要求
1.塑料光纖，它是芯及包層由含有適宜的物質的樹脂形成、在形成于包層外周的保護被膜中使用了烴類樹脂的塑料光纖，其特征在于，前述保護被膜的最外部形成了含有吸收特定波長或特定波長范圍的光的色素的吸收層。
2.如權利要求1所述的塑料光纖，其特征還在于，芯及包層由含氟樹脂形成。
3.如權利要求1或2所述的塑料光纖，其特征還在于，前述吸收層的構成是至少與在芯內部傳導的光具有相同的波長、從外部入射至該吸收層的光被前述色素吸收，防止前述入射的光進入芯及包層內部。
4.如權利要求1～3中任一項所述的塑料光纖，其特征還在于，前述吸收層通過涂布形成。
5.如權利要求1～4中任一項所述的塑料光纖，其特征還在于，前述色素采用使用了無機物的顏料、使用了有機物的顏料或兩種顏料混合而成的顏料。
6.光纖電纜，其特征在于，具有權利要求1～5中任一項所述的塑料光纖。
全文摘要
不組合使用光源和聚光用透鏡的情況下，以及使用可見光和短距離通信的紅外光的情況下，保護被膜中無不需要的傳導光的傳導，能夠進行高質量的光通信。芯1及包層2由含有適宜的物質的樹脂形成、在形成于包層2外周的保護被膜3中使用了烴類樹脂的塑料光纖中，在保護被膜3的最外層形成了含有吸收特定波長的光的色素42的吸收層4。
文檔編號G02B6/44GK1592862SQ0282333
公開日2005年3月9日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權日2001年11月30日
發(fā)明者泉谷光三, 真田博之, 上野正剛, 渡邊勇仁, 高野芳伸, 松山祥孝 申請人:旭硝子株式會社