專利名稱：具有保護(hù)層的光學(xué)部件,生產(chǎn)具有保護(hù)層的光學(xué)部件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有保護(hù)層的光學(xué)部件，以及生產(chǎn)這種光學(xué)部件的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及作為光學(xué)部件的塑料光纖以及生產(chǎn)這種光纖的方法和裝置。
背景技術(shù)：
最初，塑料具有成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，機(jī)械加工性和重量輕的優(yōu)點(diǎn)。此外，塑料具有改進(jìn)的透明性，化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度等等。由于塑料可以有適于光學(xué)部件的各種變化以及設(shè)計(jì)，最近塑料已經(jīng)代替玻璃作為光學(xué)部件使用。
盡管比石英光纖具有更大的透射損失，塑料光纖具有各種優(yōu)點(diǎn)，諸如由于較大直徑以便于光纖連接，便于光纖終端處理，不必以高精度對(duì)準(zhǔn)纖芯，連接器成本較低，較低可能性刺傷人體，便于構(gòu)造，對(duì)于振動(dòng)具有較高抵抗力以及低價(jià)。因此，不僅計(jì)劃將塑料光纖在家用以及汽車上應(yīng)用，還將其作為短距離、高容量光纜，諸如用于高速數(shù)據(jù)處理設(shè)備的內(nèi)部配線(inner wiring)以及數(shù)字視頻接口(DVI)連接。
塑料光纖包括纖芯，其主要成分是有機(jī)化合物，其中聚合體形成基料(matrix)，并且包層包括具有與纖芯不同折射性的有機(jī)材料。塑料光纖通過拉制預(yù)聚體而形成同時(shí)包括纖芯以及包層的光纖。也可以通過形成光纖基體(此后稱作“預(yù)制品”)，并將該預(yù)制品融化拉制而生產(chǎn)塑料光纖。
在通過使用預(yù)制品生產(chǎn)塑料光纖(此后稱作“POF”)中，可以通過以一定溫度軟化樹脂而融化拉制預(yù)制品而調(diào)整塑料光纖的外徑。在融化拉制過程的期間，使用電熱器在圓柱形加熱爐中加熱預(yù)制品的同時(shí)，拉伸預(yù)制品的下端以延伸該預(yù)制品。例如，在保持該預(yù)制品后，該預(yù)制品緩慢向下移動(dòng)進(jìn)入加熱爐，以在加熱爐中融化該預(yù)制品。當(dāng)預(yù)制品足夠柔軟時(shí)，由于其重力，融化的預(yù)制品部分向下移動(dòng)，拉動(dòng)融化預(yù)制品的前端并鉤在拉制輥上，使得預(yù)制品連續(xù)延伸以形成POF。
為了將以此方式制成的POF應(yīng)用到各個(gè)用途中，將POF的外表面覆蓋保護(hù)(例如形成保護(hù)層)，以形成塑料光纖光纜(光纖光纜)，或者將POF插入內(nèi)徑足夠容納POF的管子中，盡管赤裸的POF可以用于一些有限的用途，諸如設(shè)備內(nèi)的光配線。通過保護(hù)POF，可以阻止在較差環(huán)境中處理光纖或使用光纖時(shí)，出現(xiàn)裂縫，損壞，可以降低光學(xué)性能的諸如微小彎折的結(jié)構(gòu)不規(guī)則等等。保護(hù)POF的材料的例子有熱塑性樹脂，諸如聚氯乙稀，尼龍(商標(biāo))，聚丙烯，聚酯，乙烯乙烯基醋酸共聚物，乙烯乙荃丙烯酸脂共聚物(EEA)。還可以使用上述之外的其他熱塑性樹脂。傳統(tǒng)上的，如日本專利公開No.11-337781所述，保護(hù)層通過下述方法形成在POF上。首先，將POF穿過包含融化熱塑性樹脂聚合體的容器。然后，POF上的聚合體冷卻變成固體。使得制備好光纖線。在此方法中，由于融化聚合體的熱使得POF的結(jié)構(gòu)不規(guī)則，就需要采取步驟或選擇材料使得不會(huì)導(dǎo)致由于融化的聚合體導(dǎo)致的熱損壞。
為了不導(dǎo)致熱損壞而形成保護(hù)層，優(yōu)選應(yīng)用諸如UV聚合樹脂的光致聚合(photo-polymerizing)樹脂(例如，日本專利公開No.2002-220261)。然而光致聚合樹脂不足以用于保護(hù)，因?yàn)楸Ｗo(hù)層的厚度小于50μm。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種具有保護(hù)層的光學(xué)部件，以及用于制造這種光學(xué)部件的裝置和方法，其中該光學(xué)部件可以防止在覆蓋保護(hù)層的過程中，由融化的熱塑性樹脂的熱對(duì)該光學(xué)部件造成的性能惡化和機(jī)械損傷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是抑制作為光學(xué)部件的光纖的傳輸損失。

發(fā)明內(nèi)容
為了取得上述效果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的用于光學(xué)部件的保護(hù)層是通過將光學(xué)部件穿過液體樹脂浴(resin bath)，然后將覆蓋有樹脂的光學(xué)部件穿過具有50℃和光學(xué)部件基本材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)之間溫度的區(qū)域而獲得的。
優(yōu)選的，保護(hù)層在光學(xué)部件中不是光導(dǎo)部分的部分，或是在光學(xué)部件周圍(在光學(xué)部件不涉及光傳導(dǎo)的側(cè)面)形成。然后，將保護(hù)層材料在50℃到光學(xué)部件聚合體的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)的溫度硬化。若光學(xué)部件的光導(dǎo)部分在玻璃轉(zhuǎn)化溫度對(duì)于垂直于光傳輸方向的平面具有分布(profile)，在光導(dǎo)部分中，保護(hù)層材料在50℃到最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)的溫度硬化。
保護(hù)層材料的加熱時(shí)間段優(yōu)選從1秒鐘到10分鐘。保護(hù)層材料優(yōu)選響應(yīng)于化學(xué)反應(yīng)而硬化。保護(hù)層材料優(yōu)選在熱水中硬化。
硬化的保護(hù)層材料優(yōu)選是彈性體或聚氨基甲酸酯。保護(hù)層材料優(yōu)選包括具有異氰酸鹽基的第一化合物和具有活性氫的第二化合物，并且這些化合物為三維結(jié)合以形成聚氨基甲酸酯保護(hù)層。第二化合物優(yōu)選為具有至少兩個(gè)羥氫氧基的多羥基化合物。
優(yōu)選的是，在上述保護(hù)層周圍覆蓋至少一個(gè)附加的保護(hù)層作為主保護(hù)層。該光學(xué)部件優(yōu)選是光纖。在此情況下，光學(xué)部件的外圍代表光纖的覆蓋部分。
制造具有保護(hù)層的光學(xué)部件的裝置包括涂附到光學(xué)部件的保護(hù)材料上的第一涂層裝置，以及加熱裝置，用于將溫度控制在50℃到光學(xué)部件聚合體的最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)之間。該裝置在第一涂層裝置的下游側(cè)優(yōu)選包括線直徑控制裝置，以調(diào)整保護(hù)層的厚度。該裝置優(yōu)選具有第二涂層裝置，用于在上述主保護(hù)層周圍覆蓋至少一個(gè)附加的保護(hù)層。該裝置優(yōu)選包括含有熱水的水槽，使得光學(xué)部件穿過水槽中的熱水，以及加熱裝置，優(yōu)選用于調(diào)節(jié)熱水的溫度。
具有保護(hù)層的光學(xué)部件包括由聚合體形成的光波導(dǎo)部分，且光波導(dǎo)部分周圍的保護(hù)層由聚氨基甲酸酯彈性體形成。保護(hù)層(主保護(hù)層)優(yōu)選覆蓋有至少一層附加的保護(hù)層。該至少一層附加的保護(hù)層優(yōu)選由熱塑性樹脂形成。該光學(xué)部件優(yōu)選是光學(xué)光纖。
光學(xué)部件包括光學(xué)傳輸介質(zhì)，諸如光纖。光學(xué)傳輸介質(zhì)具有作為光波導(dǎo)的光纖以及該光纖周圍的保護(hù)層。該光纖由具有轉(zhuǎn)換溫度Tg(℃)的聚合體形成。在制造光學(xué)傳輸介質(zhì)的情況下，在從(Tg-50)℃至Tg(℃)的溫度將保護(hù)層材料硬化以形成保護(hù)層。若作為光波導(dǎo)的光纖在玻璃轉(zhuǎn)化溫度對(duì)于垂直于光傳輸方向的平面具有分布，保護(hù)層材料在從50℃到光纖的最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)的溫度硬化。保護(hù)層材料的加熱時(shí)間段優(yōu)選從1秒到10分鐘。
形成光纖的聚合體的主要成分優(yōu)選是(甲基)丙烯酸和/或丙烯酸酯單體的聚合體。保護(hù)層材料優(yōu)選為彈性體，以及更優(yōu)選的由熱硬化處理形成的彈性體。保護(hù)層材料優(yōu)選具有三維交聯(lián)聚氨基甲酸酯的主要成分。光學(xué)傳輸介質(zhì)優(yōu)選是光纖，尤其是其中纖芯具有折射率分布的光纖。上述方法生產(chǎn)的光纖以及用于上述方法的裝置在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
用于生產(chǎn)具有保護(hù)層的光學(xué)傳輸介質(zhì)的裝置包括涂敷設(shè)備，用于將保護(hù)層材料涂在作為光波導(dǎo)的光纖上，以及加熱器，用于控制50℃到光纖的聚合體的最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)之間的溫度。該裝置優(yōu)選包括在涂敷設(shè)備下游一側(cè)的線直徑控制設(shè)備，以調(diào)整保護(hù)層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，通過將保護(hù)層覆蓋在光學(xué)部件周圍的處理，可以獲得有良好機(jī)械強(qiáng)度而沒有導(dǎo)致傳輸損失增加的、具有保護(hù)層的光纖。對(duì)于可能損壞光學(xué)部件的覆蓋處理，尤其是對(duì)于直接將保護(hù)層覆蓋在光學(xué)部件上的處理，本發(fā)明可以有效地阻止光學(xué)部件性能的惡化。在制造作為光學(xué)部件的塑料光纖的情況下，該塑料光纖展現(xiàn)出極好的機(jī)械強(qiáng)度和光學(xué)性能。然而，通過從具有極好防熱性能的三維聚氨基甲酸酯形成保護(hù)層，該光學(xué)部件可以在炎熱環(huán)境中使用。此外，在三維聚氨基甲酸酯保護(hù)層周圍形成附加的保護(hù)層，作為附加保護(hù)層的樹脂具有較高融化粘度。因此，可以增加用于附加保護(hù)層的材料的選擇范圍。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是示出本發(fā)明制造具有保護(hù)層的光學(xué)部件的裝置的實(shí)施例的示意圖；圖2是具有保護(hù)層的光學(xué)部件的截面；以及圖3是示出制造具有保護(hù)層的光學(xué)部件的裝置的另一實(shí)施例的示意圖。
發(fā)明詳述塑料光纖(POF)是作為根據(jù)本發(fā)明制造的光學(xué)部件的優(yōu)選例子。首先，將描述作為未加工材料的聚合體，聚合引發(fā)劑，鏈轉(zhuǎn)化劑以及摻雜劑。下面，作為優(yōu)選實(shí)施例，下面的描述包括通過漸變折射率(GI)型POF的基質(zhì)材料(預(yù)制品)的融化擠壓制造POF的方法。在徑向上，該GI型POF具有其中折射率逐漸改變的纖芯。下面的描述包括POF上設(shè)置有保護(hù)層的塑料光纖線，以及光學(xué)部件的其他實(shí)施例。下述的實(shí)施例用于詳細(xì)說明本發(fā)明，并且因此不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
只要光學(xué)部件可以展示出所需的光學(xué)性能，任何材料都可以用于制備該光學(xué)部件，尤其是制備POF。優(yōu)選的，用于光學(xué)部件的材料是具有高度透光性的有機(jī)材料，諸如(甲基)丙烯酸酯[(a)沒有氟化物的(甲基)丙烯酸酯，(b)包含氟化物的(甲基)丙烯酸酯]，(c)苯乙烯型化合物，(d)乙烯基酯，聚碳酸酯等。光學(xué)部件可以從包括一種這些單體的均聚物，從包括至少兩種這些單體的共聚物，或者從均聚物(多種均聚物)和/或共聚物(多種共聚物)的混合物形成。其中，(甲基)丙烯酸酯可以用于可聚合單體。
具體的，(a)作為可聚合單體的沒有氟化物的(甲基)丙烯酸酯的例子有甲基甲基丙烯酸酯；乙基甲基丙烯酸酯；異丙基甲基丙烯酸酯；叔丁基甲基丙烯酸酯；苯甲基甲基丙烯酸酯；苯基甲基丙烯酸酯；環(huán)己基甲基丙烯酸酯；二苯基甲基甲基丙烯酸酯；三環(huán)[5.2.1.02.6]乙酸甲基丙烯酸酯；金剛烷基(adamanthyl)甲基丙烯酸酯；異冰片基甲基丙烯酸酯；甲基丙烯酸脂；乙基丙烯酸脂；叔丁基丙烯酸脂；苯基丙烯酸脂等。(b)有氟化物的(甲基)丙烯酸酯的例子有2，2，2-三氟乙醛基甲基丙烯酸酯；2，2，3，3-四氟丙烷基甲基丙烯酸酯；2，2，3，3，3-五氟丙烷基甲基丙烯酸酯；1-三氟甲基-2，2，2-三氟甲基甲基丙烯酸酯；2，2，3，3，4，4，5，5-八氟戊基甲基丙烯酸酯；2，2，3，3，4，4-六氟丁基甲基丙烯酸酯等。此外，在(c)苯乙烯類化合物之中，有苯乙烯；α-甲基苯乙烯；氯苯乙烯；溴代蘇合香烯等。在(d)乙烯基酯中，有乙烯基醋酸酯；乙烯基甲苯酸酯；乙烯苯基醋酸酯；乙烯基氯醋酸酯等?？删酆系膯误w不限于上述的單體。優(yōu)選地，這樣選擇單體的成分和種類，使得在纖芯中的均聚物或共聚物的折射率類似于或高于包層中的折射率。
當(dāng)該光學(xué)部件用于近紅外線，光學(xué)部件中的C-H鍵導(dǎo)致吸收損失。通過使用其中由重氫替換C-H鍵上氫原子的聚合體，波長(zhǎng)范圍使得傳輸損失移動(dòng)到更大波長(zhǎng)區(qū)域。日本專利公開No.3332922描述了這種聚合體的例子，諸如氘代聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-d8)，聚三氟乙基甲基丙烯酸酯(P3FMA)，聚六氟異丙基-2-氟化丙烯酸脂(HFIP2-FA)等等。由此，可以減少傳輸光的損失。注意到可以在聚合之前，將導(dǎo)致色散的單體中的雜質(zhì)和混雜物充分去除，以使得在聚合后保持一定水平的透明度。
在聚合單體以形成作為光學(xué)部件的聚合體的時(shí)候，可以加入聚合引發(fā)劑以引發(fā)單體的聚合。產(chǎn)生原子團(tuán)的聚合引發(fā)劑的例子是過氧化物化合物，諸如過氧化苯甲酰(BPO)；過氧叔丁酯-2-乙基乙酸酯(PBO)；二-叔丁酯過氧化物(PBD)；過氧叔丁酯異丙基碳酸酯(PBI)；正-丁基-4，4-二(過氧叔丁酯)戊酸酯(valarate)(PHV)等。聚合引發(fā)劑的其他例子是含氮的化合物，諸如2，2’-偶氮二異丁腈；2，2’-偶氮二(2-甲基丁腈)；1，1’-偶氮二(環(huán)己烷-1-碳化硝酰)；2，2’-偶氮二(2-甲基丙烷)；2，2’-偶氮二(2-甲基丁烷)；2，2’-偶氮二(2-甲基戊烷)；2，2’-偶氮二(2，3-二甲基丁烷)；2，2’-偶氮二(2-甲基己烷)；2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊烷)；2，2’-偶氮二(2，3，3-三甲基丁烷)；2，2’-偶氮二(2，4，4-三甲基戊烷)；3，3’-偶氮二(3-甲基戊烷)；3，3’-偶氮二(3-甲基己烷)；3，3’-偶氮二(3，4-二甲基戊烷)；3，3’-偶氮二(3-乙基戊烷)；二甲基-2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸酯)；二乙基-2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸酯)；二-叔丁-2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸酯)等。注意聚合引發(fā)劑并不限于上述物質(zhì)，還可以結(jié)合不止一種的聚合引發(fā)劑。
為了使得諸如機(jī)械和熱性能的性能值對(duì)于聚合體一致，最好通過加入鏈轉(zhuǎn)移劑控制聚合的程度。鏈轉(zhuǎn)移劑的種類和數(shù)量是依照可聚合單體的種類而選擇的。描述了對(duì)于各個(gè)單體的鏈轉(zhuǎn)移劑的鏈轉(zhuǎn)移系數(shù)，例如，在“Polymer Handbook 3rdedition”，(J.Brandrup和E.H.Immergut編寫，John Wiley&Son發(fā)行)。此外，可以通過在“Expermient Method of Polymers”(Takayuki Ohtsu和MasayoshiKinoshita編寫，Kagakudojin 1972年發(fā)行)中描述的方法的試驗(yàn)而計(jì)算鏈轉(zhuǎn)移系數(shù)。
鏈轉(zhuǎn)移劑的優(yōu)選例子可以是烷基硫醇(例如，正-丁基硫醇；正-戊基硫醇；正-辛基硫醇；正-十二醇硫醇；叔-十二基硫醇等)，以及苯硫酚(例如，苯硫酚；間-溴代苯硫酚；對(duì)-溴代苯硫酚，間-甲苯硫醇；對(duì)-甲苯硫醇等)。尤其優(yōu)選在烷基硫醇中使用正-辛基硫醇，正-十二醇硫醇，以及叔-十二基硫醇。此外，C-H鍵上的氫原子可以用鏈轉(zhuǎn)化劑中的氟原子代替。注意鏈轉(zhuǎn)化劑不限于上述物質(zhì)。還可以結(jié)合不止一種的鏈轉(zhuǎn)化劑。
作為光學(xué)部件的POF可以是漸變折射率(GI)型POF，其中纖芯具有沿著徑向的折射率分布。由于其高傳輸容量，GI型POF可以實(shí)現(xiàn)寬帶光傳輸，GI型POF優(yōu)選用于高性能通信的目的。為了產(chǎn)生POF中的折射率分布，聚合體基質(zhì)中可以包含提供折射率分布的添加物(此后稱作“摻雜物”)。否則，可以用不同折射率的多種聚合體或這些聚合體的共聚體作為形成纖芯的聚合體。
摻雜物是一種與所組合的可聚合單體具有不同折射率的化合物。摻雜物和可聚合的單體折射率的差異優(yōu)選為0.005或更大。與不含摻雜物的物質(zhì)相比，摻雜物具有增加聚合體折射率的性能。與從日本專利出版物No.3332922以及日本專利公開出版物No.5-173026所描述的從單體制造的聚合體相比，該摻雜物具有溶液參數(shù)的差異為7(cal/cm3)1/2或更小的特征，并且折射率之間的差異為0.001或更高。如果這種材料可以穩(wěn)定的與聚合體一起存在，且該材料在上述可聚合單體的聚合條件(諸如溫度和壓力條件)下穩(wěn)定，具有這種特征的任何材料都可以用作摻雜物。
本實(shí)施例示出通過由界面膠化聚合方法控制聚合方向，以及在從與摻雜物混合的可聚合化合物而形成纖芯的過程中，通過設(shè)置作為摻雜物的折射率控制劑的密度的漸變，從而在纖芯中形成折射率分布的方法。其他方法，諸如在形成預(yù)制品之后擴(kuò)散折射率控制劑，也可以提供纖芯中的折射率分布。此后，纖芯具有的折射率分布將稱作“漸變折射率纖芯”。這種漸變折射率纖芯用于具有較寬范圍傳輸帶的漸變折射率型塑料光學(xué)部件。該摻雜劑可以是可聚合化合物，并且在此變折射率型塑料光學(xué)部件。該摻雜劑可以是可聚合化合物，并且在此情況下，與沒有摻雜物的聚合體相比，優(yōu)選具有摻雜物作為共聚成分的該共聚物增加了折射率。這種共聚物的例子可以是MMA-BzMA共聚物。
摻雜物的例子可以是苯甲基甲苯酸酯(BEN)；二苯基硫化物(DPS)；三苯基磷酸酯(TPP)；苯甲基正-丁基鄰苯二甲酸酯(BBP)；二苯基鄰苯二甲酸酯(DPP)；聯(lián)苯(DB)；二苯基甲烷(DPM)；三甲苯基磷酸酯(TCP)；二苯基亞砜(DPSO)。在這些中，BEN、DPS、TPP以及DPSO是優(yōu)選的。如果摻雜物是可聚合化合物諸如三溴苯基甲基丙烯酸酯，由于可聚合單體的共聚以及可聚合摻雜物，盡管難以控制各種性能(尤其是光學(xué)性能)，但是在阻熱方面具有優(yōu)勢(shì)?？梢酝ㄟ^控制混合在纖芯中的折射率控制劑的密度和分布，而控制POF的折射率。折射率控制劑的量可以依照POF的目的、纖芯材料等而適當(dāng)選擇。
(其他添加物)只要傳輸性能不下降，其他添加物可以包含在纖芯以及包層中。例如，添加物可以用于增加環(huán)境和耐用性的抵抗性。此外，可以添加誘發(fā)的放射性官能化合物，用于放大光學(xué)信號(hào)。當(dāng)將這種化合物加入單體中時(shí)，通過激發(fā)光將較弱的信號(hào)光放大，使得傳輸距離增加。因此，具有這種添加物的光學(xué)部件可以用作光纖放大器。這些添加物可以通過將添加物與單體聚合，從而包含在纖芯和/或包層中。
(塑料光纖制造方法)可以從上述材料制造作為光學(xué)部件的例子的塑料光纖(POF)。然而應(yīng)該注意，任何已知的方法都可以用于制造POF，且因此本發(fā)明不限于下面段落描述的方法。例如，通過在日本專利公開出版No.2002-40267中描述的融化旋轉(zhuǎn)直接制造POF。對(duì)于從預(yù)制品形成POF的方法，有通過融化擠壓的批量成型過程?？梢酝ㄟ^在形成纖芯后使得包層分層，或者通過在制造了作為包層的空心管之后在包層之內(nèi)形成纖芯，從而形成纖芯和包層。
如日本專利No.3332922所述，通過形成作為包層的空心樹脂管，在該包層中注入樹脂合成物作為纖芯，并通過聚合界面膠體聚合方法形成的聚合體，從而制造GI型塑料光纖基質(zhì)材料(GI型預(yù)制品)。公知的是，通過聚合之后連續(xù)添加具有不同折射率的可聚合成分而制造GI型預(yù)制品的纖芯。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)GI型預(yù)制品的方法并不限于界面膠體聚合法，但是也可以應(yīng)用其他方法，諸如從空心管的內(nèi)表面在向纖芯中心的方向，旋轉(zhuǎn)空心管用于聚合聚合體的方法。對(duì)于樹脂合成物，具有單個(gè)折射率的樹脂合成物可能包括折射率控制劑。該樹脂合成物可以是具有不同折射率的樹脂的混合物，或共聚物。塑料光纖可以具有各種折射率分布，諸如GI型，階躍折射率型以及偽GI多階躍折射率型。下面描述的制造光學(xué)部件的方法，可以用于各種光學(xué)部件，包括這些塑料光纖。
可以通過加熱拉制預(yù)制品制作POF。在此情況下，加熱預(yù)制品的加熱溫度是根據(jù)該預(yù)制品的性質(zhì)例如質(zhì)量而適當(dāng)選擇的。通常，該加熱溫度優(yōu)選這樣選擇，其使得用于光學(xué)部件地聚合體可以在輕微的外力下流動(dòng)地變形。例如，如果預(yù)制品是聚甲基丙烯酸酯甲基酸，該優(yōu)選的加熱溫度是180℃至250℃。拉制條件(例如拉制溫度)通過考慮獲得的預(yù)制品直徑、POF的所需直徑，所用材料等而適當(dāng)選擇。例如，如日本專利公開出版物H07-234322中所述，為了融化塑料的取向，拉制的拉力可以是0.1(N)或更高。例如，如日本專利公開出版物H07-234324中所述，為了在融化拉制過程中不產(chǎn)生變形，拉制的拉力可以是0.1(N)或更小。還可以在拉制中執(zhí)行預(yù)加熱，如日本專利公開出版物H08-106015中所述。如日本專利公開出版物H07-244220中描述，通過間歇調(diào)節(jié)延展和硬度而改善了由上述方法制造的POF的彎曲和側(cè)部壓力特性。
(保護(hù)層的制造)通常，并不直接使用拉制的POF。為了改進(jìn)彎曲性和天氣抵抗力，阻止由潮濕吸收造成的性能下降，改進(jìn)拉力強(qiáng)度，提供沖擊抵抗力，提供對(duì)火焰的抵抗力，保護(hù)化學(xué)試劑造成的損害，防止外部光的噪聲，增加著色的值等等，至少有一層保護(hù)層覆蓋在POF上以形成光纖線。將描述保護(hù)層的材料和在POF周圍形成保護(hù)層的方法。需要注意，用于保護(hù)層形成的設(shè)備可以連接到拉制設(shè)備上，以在拉制過程后形成保護(hù)層。覆蓋過程可以連續(xù)執(zhí)行，以覆蓋作為主要覆層的保護(hù)層。
(保護(hù)層材料)用于保護(hù)層的材料這樣選擇，使得保護(hù)層的形成不會(huì)導(dǎo)致熱損害(變形，變性，熱分解等)。因此，保護(hù)層材料應(yīng)該在POF的聚合體的50℃至玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)中反應(yīng)硬化。通常在低溫(尤其是室溫附近)硬化的材料具有較短的貯存期。然而，在融化拉制POF之后形成保護(hù)層時(shí)，以POF剩余的熱使得這種材料開始硬化。因此，由于這種材料具有低硬化溫度，使得很難管理該材料以及確定覆蓋條件，硬化保護(hù)層材料的溫度應(yīng)該是50℃或更高?？紤]到硬化特性，在將覆蓋有保護(hù)層的光學(xué)部件玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(℃)為100℃或更高的情況下，硬化溫度的下限可以增加到(Tg-50)℃，以增加并控制保護(hù)層材料的硬化速度。
形成周期(硬化保護(hù)層材料的周期)優(yōu)選在1秒到10分鐘之間，更優(yōu)選的是，在1秒到3分鐘之間。較長(zhǎng)的形成周期并不優(yōu)選，因?yàn)镻OF在較長(zhǎng)加熱后會(huì)受損。由于保護(hù)層材料具有較長(zhǎng)期的流動(dòng)性，考慮到控制保護(hù)層的厚度，較短的保護(hù)層材料硬化周期是優(yōu)選的。太短的形成周期并不優(yōu)選，因?yàn)楫?dāng)形成的保護(hù)層較厚時(shí)，保護(hù)層硬化的不均勻。當(dāng)POF包括多種化學(xué)成分時(shí)(例如當(dāng)添加物量的分布提供了塑性以及共聚物的共聚比)，Tg是這些化學(xué)成分中最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度。當(dāng)POF的共聚體不具有玻璃轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，Tg是最小的相變溫度(例如融化點(diǎn))。當(dāng)提供塑性的具有添加劑的單聚合體(均聚物)具有玻璃化轉(zhuǎn)換溫度中的分布時(shí)，Tg是均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度。通過將保護(hù)層材料的硬化溫度設(shè)定在50℃和Tg(℃)之間，就可以避免在硬化保護(hù)層的過程中，由熱損害造成的POF變形。此外，可以避免POF性能的惡化。在POF具有GI型纖芯的情況下，折射率分布沒有嚴(yán)重改變。由于通過在覆蓋過程中加熱POF，POF的性能不會(huì)降低，就可以提供高質(zhì)量的光學(xué)部件。對(duì)于某些種類的光學(xué)部件以及保護(hù)層材料，保護(hù)層材料最低硬化溫度可以是(Tg-50)℃。
通過熱硬化聚合體前體以及反應(yīng)劑的混合液體獲得的材料，優(yōu)選用作保護(hù)層材料。例如，可以使用通過混合異氰酸鹽基化合物以及活性氫獲得的聚氨基甲酸酯。不必給這種材料從外部提供大量熱或光能，因?yàn)槠浞磻?yīng)性可以促進(jìn)反應(yīng)。該保護(hù)層足夠厚，不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)熱以導(dǎo)致光學(xué)部件的損壞。有些材料通過濕度促進(jìn)反應(yīng)，其他材料不需要熱量以促進(jìn)反應(yīng)。考慮到上述描述，該材料的例子是從NCO塊預(yù)聚物以及粉末涂裝的胺產(chǎn)生的一次填充型熱固性聚氨脂合成物，如日本專利公開出版物H10-158353所述。
三維鏈接的熱固性聚氨基甲酸酯(三維聚氨基甲酸酯)從所述熱固性聚氨脂合成物形成。該三維聚氨基甲酸酯可以通過與聚烯物(polyole)反應(yīng)具有多異氰酸鹽基的化合物而獲得。在此情況下，熱固性聚氨脂合成物保持在80℃五分鐘，使得熱固性聚氨脂合成物中的預(yù)聚物是三維聚合的，以形成三維聚氨基甲酸酯。用于形成該三維聚氨基甲酸酯的此方法在制造成本方面是優(yōu)選的，因?yàn)閷⑺鳛榧訜峤橘|(zhì)是可行的。
該三維聚氨基甲酸酯具有類似橡膠的特性，可以在室溫以很小外力變形，并當(dāng)外力去除之后恢復(fù)到其原始形狀。由于該三維聚氨基甲酸酯很柔軟并具有彈性，使得在去除外力之后保持原始形狀。因此，該三維聚氨基甲酸酯可以緩和在接受外部壓力諸如安裝連接器到POF的過程中產(chǎn)生的壓力。由于POF沒有受到外力的嚴(yán)重影響，就可以阻止光學(xué)特性諸如傳輸損失的惡化。
聚氨基甲酸酯是由熱固性預(yù)聚物形成的。這種聚氨基甲酸酯通常具有線性結(jié)構(gòu)(線性PU，此后稱作“聚氨基甲酸酯”)。聚氨基甲酸酯長(zhǎng)期使用的可用溫度的上限約為60℃。對(duì)于短期使用，聚氨基甲酸酯可以最多在約為80℃使用。優(yōu)選用于本發(fā)明的三維聚氨基甲酸酯對(duì)于長(zhǎng)期使用可以用于120℃，對(duì)于短期使用在130℃至140℃。注意，當(dāng)在預(yù)定溫度保持預(yù)定時(shí)間段的啞鈴樣品的壓力應(yīng)變曲線(S-S曲線)與在室溫保持預(yù)定時(shí)間段的啞鈴樣品的S-S曲線基本上相同時(shí)，材料可以在該預(yù)定溫度使用。該預(yù)定時(shí)間段長(zhǎng)期為200小時(shí)或更長(zhǎng)，短期為100小時(shí)或更短。因此，與線性聚氨基甲酸酯相比(最多在80℃使用)，以及與熱塑性聚氨基甲酸酯彈性體比較(最多在100℃使用)，三維聚氨基甲酸酯在更高溫度可用。此外，與可以在最多60-75℃長(zhǎng)期使用、80-90℃短期使用的低密度聚乙烯(LDPE)比較，三維聚氨基甲酸酯具有更高的熱抵抗性。
具有保護(hù)層(主保護(hù)層)的光纖，主要由三維聚氨基甲酸酯環(huán)繞POF而形成，還可以覆蓋至少一層附加保護(hù)層。這種具有多保護(hù)層的光纖線可以捆成束以形成塑料光纖光纜。用于附加保護(hù)層的樹脂的例子是低密度聚乙烯(LDPE)，聚丙烯(PP)，軟聚乙烯基氯化物。在形成附加保護(hù)層中，通過加熱融化樹脂。若在覆蓋附加保護(hù)層的時(shí)候，將融化的樹脂的熱傳到至POF，就增加了POF的傳輸損失。尤其是，在POF為GI型的時(shí)候，纖芯的折射率分布將改變，使得GI型POF失去了傳輸帶范圍較寬的優(yōu)點(diǎn)。然而，由三維聚氨基甲酸酯制成的主保護(hù)層具有較低熱傳導(dǎo)性，因此主保護(hù)層可以阻止POF受用于附加保護(hù)層的融化樹脂的熱的影響，若沒有設(shè)置三維聚氨基甲酸酯，這種熱將會(huì)改變POF中的折射率分布。因此，通過覆蓋附加保護(hù)層的處理不會(huì)增加POF的傳輸損失。
到目前為止所述，由三維聚氨基甲酸酯制作的、在POF和附加保護(hù)層之間的主保護(hù)層(內(nèi)層)可以阻止形成附加保護(hù)層的融化樹脂對(duì)POF的熱損害。因此，三維聚氨基甲酸酯優(yōu)選用于形成附加保護(hù)層之前的內(nèi)層。然而，聚氨基甲酸酯具有足夠良好的滑動(dòng)性，以在內(nèi)層與附加保護(hù)層樹脂的摩擦?xí)r，防止對(duì)POF的壓力，保護(hù)層樹脂諸如乙烯氯化物樹脂，熱塑聚氨脂樹脂，以及熱塑烯樹脂。即，主保護(hù)層(內(nèi)層)不僅可以減緩彎曲POF時(shí)候的壓力，還可以減緩增加機(jī)械強(qiáng)度時(shí)來(lái)自附加保護(hù)層的側(cè)向壓力。因此，可以阻止由對(duì)POF的不可預(yù)測(cè)壓力造成的光學(xué)特性惡化。
作為主保護(hù)層的材料，如WO/26374中所述，有一種包括NCO基聚氨脂預(yù)聚物的一次填入(one-pack)型熱固性聚氨脂合成物，以及具有20μm或更小尺寸的固體胺。為了改善主保護(hù)層的性能，可以在主保護(hù)層中加入添加物和填充物。添加物的例子為防火劑，抗氧化劑，原子團(tuán)捕集劑，潤(rùn)滑劑。填充物可以由有機(jī)和/或無(wú)機(jī)化合物制作。
如果使用條件合適，主保護(hù)層可以由液體型橡膠制作，該橡膠在室溫展現(xiàn)出流動(dòng)性，并在加熱硬化后失去其流動(dòng)性。液體型橡膠的具體例子為聚二烯(具有聚異戊二烯，聚丁二烯，丁二烯-丙烯腈共聚聚氯丁烯等的主要結(jié)構(gòu))，聚烯烴(具有聚烯烴，聚異丁烯等主要結(jié)構(gòu))，聚醚(例如具有聚(氧基丙烯)的主要結(jié)構(gòu))，多硫化物(例如具有聚(氧化烯二硫化物)的主要結(jié)構(gòu))，以及聚硅氧烷(例如具有聚(二甲基硅氧烷)的主要結(jié)構(gòu))。
(制造保護(hù)層的方法和裝置)參照?qǐng)D1，將POF 11供給包含上述保護(hù)層材料(樹脂)13的樹脂罐12。優(yōu)選在樹脂罐12的下游側(cè)提供一種模具，使得保護(hù)層的厚度基本上均勻。通過樹脂罐12將樹脂13涂敷到POF 11的側(cè)面。覆蓋有樹脂13的POF 11此后稱作覆層線15。POF 11可以纏繞成卷，并隨后供給樹脂罐12?；蛘?，供給樹脂罐12的POF 11可以通過拉制預(yù)制品而獲得。
覆層線15供給包含熱水17的樹脂硬化水槽(水槽)16。為了保持熱水17的溫度，熱水17優(yōu)選地通過與水槽16連接的自動(dòng)調(diào)溫器18流通。熱水17的溫度控制在50℃至(Tg-50)℃之間。優(yōu)選的，熱水17的溫度在(Tg-50)℃到Tg℃之間，更優(yōu)選的在(Tg-30)℃到Tg℃之間。
覆層線15優(yōu)選通過使用滑輪19、20供給到下游側(cè)，如圖所示。其他供給裝置諸如供給對(duì)輥也是可以的。覆層線15通過熱水17逐漸加熱，使得樹脂13硬化而不導(dǎo)致樹脂13流動(dòng)。通過硬化POF 11周圍的樹脂13，獲得具有保護(hù)層的光纖線21。覆層線15的供給速度這樣控制，使得在覆蓋了樹脂13后，使得樹脂13硬化1秒到10分鐘，并且覆層線15在水槽16中1秒至10分鐘。由此，可以獲得保護(hù)層而不降低光纖線21的生產(chǎn)率。供給速度并不限于上述限定的范圍。
光纖線21上的熱水通過吹風(fēng)設(shè)備22去除，并通過吸水設(shè)備23進(jìn)一步去除。在吸水設(shè)備23的對(duì)于光纖線21供給路徑的下游側(cè)，設(shè)置有一對(duì)供給輥24、25，以供給光纖線21。馬達(dá)26連接到一個(gè)供給輥25以旋轉(zhuǎn)該對(duì)供給輥24、25。為了穩(wěn)定地供給光纖線21，優(yōu)選給另一供給輥24設(shè)置一壓緊部件(圖1中所示的彈簧)。
參照?qǐng)D2，光纖線21的保護(hù)層13a的厚度優(yōu)選在20μm到3mm之間，更優(yōu)選在50μm至2mm之間，最優(yōu)選80μm至1mm之間。如果保護(hù)層13a的厚度小于20μm，保護(hù)層13a不能充分作為保護(hù)覆層而工作。另外，由于硬化緩慢或反應(yīng)不完全，厚度大于3mm的保護(hù)層13a將保持保護(hù)層13a中的未反應(yīng)(non-reacted)部分。盡管POF 11的平均直徑L2優(yōu)選為0.2mm到2.0mm，但是直徑L2不限于此范圍。纖芯11a的直徑優(yōu)選在0.1mm至1.0mm之間。包層11b的厚度優(yōu)選為0.01mm至1.9mm。
圖3中，示出制造作為光學(xué)部件的光纖線的另一實(shí)施例。通過測(cè)量POF 31壓力的壓力測(cè)量設(shè)備50，提供并供給POF 31。在POF 31的壓力由使用壓力測(cè)量設(shè)備50控制的情況下，將POF 31供給樹脂罐32。為了增加光學(xué)性能，優(yōu)選提供壓力測(cè)量設(shè)備50和樹脂罐32之間的灰塵去除設(shè)備51，以去除POF 31表面上的灰塵。樹脂供給設(shè)備52連續(xù)供給作為保護(hù)層材料的樹脂33到樹脂罐32中。樹脂罐32由干燥腔53環(huán)繞。干燥空氣供給設(shè)備54吹動(dòng)干燥空氣(例如氮?dú)?以防止在POF 31周圍覆蓋樹脂33的時(shí)候灰塵進(jìn)入樹脂罐32。優(yōu)選的是，提供樹脂罐水平計(jì)63，以控制樹脂罐32中樹脂33的量。
POF 31通過模35變成有涂層的光纖，其中具有優(yōu)選厚度的保護(hù)層環(huán)繞在POF 31周圍。保護(hù)層的厚度通過控制樹脂罐12、32的出口中形成的邊緣開口的尺寸來(lái)調(diào)整。此外，通過控制樹脂的粘性和POF31的供給速度，對(duì)保護(hù)層的厚度進(jìn)行調(diào)整。因此，覆層光纖34的直徑根據(jù)使用直徑測(cè)量設(shè)備55測(cè)量的覆層光纖34的直徑，通過控制各種參數(shù)來(lái)調(diào)整，諸如樹脂罐32的溫度以及POF 31的供給速度。覆層光纖34供給加熱室56中，其中環(huán)繞POF 31的樹脂通過加熱而硬化，以形成保護(hù)層。熱氣供給設(shè)備57連接到加熱室56，吹出熱空氣到加熱室56中，使得熱氣在相對(duì)于覆層光纖34的供給方向的相對(duì)方向流動(dòng)。加熱室56的熱氣也可以在供給方向流動(dòng)。通過阻止保護(hù)層材料上的突起而均勻保護(hù)層的厚度，優(yōu)選通過在加熱室56入口或出口附近設(shè)置一對(duì)溫度計(jì)58、59來(lái)監(jiān)視并控制加熱室56中的溫度。當(dāng)涂層樹脂沒有流動(dòng)性時(shí)，樹脂變?yōu)楣腆w，作為光纖線60的保護(hù)層。如上一實(shí)施例所述，保護(hù)層材料的加熱時(shí)間段優(yōu)選在1秒到10分鐘間。
加熱室56的溫度根據(jù)光纖線60的保護(hù)層中突起的存在而控制，該突起的存在通過突起檢測(cè)設(shè)備61進(jìn)行監(jiān)視。在突起檢測(cè)設(shè)備61的一個(gè)供給輥43，以旋轉(zhuǎn)該對(duì)供給輥42、43。如上面實(shí)施例所述，為另一供給輥42設(shè)置彈簧45。光纖長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)備62優(yōu)選連接到另一供給輥42，以測(cè)量光纖線60的長(zhǎng)度。
上述保護(hù)層可以是主保護(hù)層，以及在主保護(hù)層周圍形成的至少一層附加保護(hù)層。當(dāng)主保護(hù)層足夠厚以減小形成附加層時(shí)對(duì)POF的熱損害，硬化保護(hù)層材料的溫度條件就不像直接在POF外形成保護(hù)層的情況下那樣嚴(yán)格。除了列在上面的材料之外，用于附加保護(hù)層的材料可以是熱塑性樹脂，諸如聚烯烴(例如聚乙烯以及聚丙烯)，乙烯聚合氯化物，聚丙烯腈纖維(nirons)，聚酯，乙烯基醋酸鹽共聚物，EEA(乙烯基-乙烯丙烯酸鹽共聚物)。
具體的，下面的材料可以用作附加保護(hù)層。由于優(yōu)異的彈性，這些材料在提供諸如彎曲抵抗力的機(jī)械性能方面具有優(yōu)點(diǎn)。形成附加保護(hù)層的材料的例子是異戊二烯型橡膠(例如自然橡膠，異戊二烯橡膠)，丁二烯型橡膠(例如苯乙烯丁二烯共聚橡膠，丁二烯橡膠)，二烯型特殊橡膠(例如硝基橡膠，氯丁二烯橡膠)，烯型橡膠(例如乙烯基丙烯橡膠，丙烯酸橡膠，丁基橡膠，鹵素型丁基橡膠)，醚型橡膠，聚硫橡膠以及聚氨脂橡膠。
還可以將熱塑彈性體(TPE)作為用于附加保護(hù)層的材料。熱塑彈性體在室溫具有類似于橡膠的彈性，并成為可塑體以便容易擠出。例如，材料是苯乙烯型TPE，烯型TPE，乙烯基氯化物型TPE，聚氨脂型TPE，酯型TPE，氨化物型TPE。用于附加覆層的聚合體并不限于上面列出的這些，只要聚合體在Tg(℃)或更低溫度可以擠壓?？梢允褂蒙鲜霾牧系墓簿畚锘蚧旌系木酆象w。
附加保護(hù)層可以包含諸如阻燃劑，UV安定劑，抗氧化劑，原子團(tuán)捕獲劑以及潤(rùn)滑劑的添加劑。這些添加劑可以包含在第一層中，只要第一層不失去潮濕滲透性。一些阻燃劑包含有類鹵素溴，添加物和磷的樹脂。最近，金屬氫氧化物主要用于降低有毒氣體散發(fā)的阻燃劑。磷的樹脂。最近，金屬氫氧化物主要用于降低有毒氣體散發(fā)的阻燃劑。金屬氫氧化物包含結(jié)晶的水，其在POF生產(chǎn)的過程中未能去除。因此，優(yōu)選在主保護(hù)層周圍形成防潮層，并在防潮層周圍形成作為阻燃劑的金屬氫氧化物。POF可以覆有多種功能的多個(gè)層。這種覆層的例子是上述阻燃劑層，阻止吸收潮濕的阻擋層，保護(hù)層之間或保護(hù)層中的潮濕吸收劑(例如潮濕吸收帶或凝膠體)，作為震動(dòng)吸收體的柔性材料層以及苯乙烯形成層，以減緩彎曲POF的壓力，以及增加硬度的增強(qiáng)層。作為覆層的熱塑性樹脂可以包含結(jié)構(gòu)材料，以增加光纖光纜的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)材料是具有高彈性的可拉長(zhǎng)拉力纖維和/或具有高硬度的金屬線?？衫L(zhǎng)拉力纖維是芳香尼龍纖維，聚酯纖維，聚酰胺纖維。金屬線的例子是不銹鋼線，鋅合金線，銅線。結(jié)構(gòu)材料不限于上述材料。也可以提供其他材料諸如金屬管用于保護(hù)，支撐線用于保持光纖穩(wěn)定。還可以用增加布線(wiring)光纖光纜的工作效率的機(jī)構(gòu)。
依照這種使用方法，POF有選擇地用于其中有循環(huán)設(shè)置POF的光纜組件，其中POF線性排列的纖芯線帶，其中纖芯線帶使用帶子或LAP鞘捆成捆的光纜組件等等中。
此外，優(yōu)選使用光連接器確定將作為根據(jù)本發(fā)明光學(xué)部件的POF的端部固定。市場(chǎng)上廣泛可用的光連接器有PN型，SMA型，SMI型，F(xiàn)05型，MU型，F(xiàn)C型，SC型等。
通過POF傳輸光信號(hào)的系統(tǒng)，作為光學(xué)部件的光纖線和光纖光纜具有包括光元件的光信號(hào)處理設(shè)備，諸如發(fā)光元件，光接收元件，光開關(guān)，光隔離器，光集成電路，光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊等等。這種系統(tǒng)可以與其他POF組合。任何已知技術(shù)可以用于本發(fā)明。例如，這些技術(shù)在“Basic and practice of plastic optical fiber”(NTS有限公司發(fā)行)，“Optical members can be loaded on printed wiring assembly，atlast”，Nikkei Electronics，Vol.Dec.3.2001，110-127頁(yè)等中描述。通過結(jié)合根據(jù)這些公開物中的技術(shù)描述的光學(xué)部件，該光學(xué)部件可以用于短程光傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)適于高速大容量數(shù)據(jù)通信并用于在不受電磁波影響的情況下進(jìn)行控制。具體的，光學(xué)部件用于在裝置(諸如計(jì)算機(jī)以及若干數(shù)字裝置)中的布線，火車和交通工具中的布線，光終端以及數(shù)字設(shè)備之間和數(shù)字設(shè)備之間的光鏈接，房子內(nèi)的，一組房子內(nèi)的、工廠內(nèi)的、辦公室內(nèi)的、醫(yī)院內(nèi)的、學(xué)校內(nèi)的室內(nèi)光LAN，以及室外光LAN。
此外，公開了用于與光傳輸系統(tǒng)組合的其他技術(shù)，例如在“High-uniformity star c oupler using diffused light transmission”IEICETRANS.ELECTRON.，VOL.E84-C，No.32001年，三月.339-344頁(yè)。“Interconnection in technique of optical sheet bath”Journal of Japaninstitute of electronics packaging.，Vol.3，No.6，2000，476-480頁(yè)。此外，還有am光總線(在日本專利公開出版物No.10-123350，No.2002-90571，No.2001-290055等公開)；光轉(zhuǎn)移/耦合設(shè)備(在日本專利公開出版物No.2001-74971，No.2000-329962，No.2001-74966，No.2001-74968，No.2001-318263，No.2001-311840等中公開)；光學(xué)星型耦合器(在日本專利公開出版物No.2000-241655中公開)；光信號(hào)傳輸設(shè)備以及光數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)(在日本專利公開出版物No.2002-62457，No.2002-101044，No.2001-305395等中公開)；光信號(hào)處理設(shè)備(在日本專利公開出版物No.2000-23011等中公開)；用于光信號(hào)的交叉連接系統(tǒng)(在日本專利公開出版物No.2001-86537等中公開)；光傳輸系統(tǒng)(在日本專利公開出版物No.2002-26815等中公開)；多功能系統(tǒng)(在日本專利公開出版物No.2001-339554，No.2001-339555等中公開)；以及各種光波導(dǎo)，光轉(zhuǎn)移器，光耦合器，光復(fù)用器，光解復(fù)用器等。當(dāng)具有本發(fā)明光學(xué)部件的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合這些技術(shù)，就可以構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)的光傳輸系統(tǒng)以發(fā)送/接收復(fù)用的光信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件還可以用于其他目的，諸如發(fā)光，能量傳輸，照明，以及傳感器。
上述實(shí)施例描述了用于從POF(光傳輸介質(zhì))制造作為光學(xué)部件的方法，諸如浸漬法。因此，除了在POF上形成保護(hù)層之外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以適當(dāng)?shù)赜糜诟采w諸如光連接器的長(zhǎng)度較短的光學(xué)部件，以及用于覆蓋光學(xué)薄膜和透鏡邊緣。
(試驗(yàn))本發(fā)明將參照作為本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)(1)-(3)以及作為對(duì)比的試驗(yàn)(4)-(7)詳細(xì)描述。材料，內(nèi)容，操作等將改變，只要該改變?cè)诒景l(fā)明的精神之內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍并不限于下述的試驗(yàn)。下面的描述詳細(xì)說明了試驗(yàn)(1)。關(guān)于試驗(yàn)(2)-(7)，將描述不同于試驗(yàn)(1)的部分。保護(hù)層材料，加熱方法，保護(hù)層厚度，每個(gè)試驗(yàn)中加涂層之后的傳輸損失增加和可硬化程度在表1中列出。表1中，最左邊的列示出試驗(yàn)的號(hào)碼。
試驗(yàn)(1)中，將預(yù)定量的單體溶液(甲基丙烯-酸-甲基(其中水減少到1000ppm或更少))注入具有22mm的內(nèi)徑以及600mm的長(zhǎng)度的圓柱體以及硬聚合罐中。聚合罐的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于待生產(chǎn)的預(yù)制品的外徑。作為聚合引發(fā)劑，包括有0.5wt.％單體溶液的二甲基-2，2’-偶氮二(2-甲基丙酸酯(methylpropyonate))。此外，作為鏈轉(zhuǎn)移劑，包含單體溶液的0.62wt.％的正-十二醇硫醇。聚合罐在60℃水浴中振蕩，單體溶液經(jīng)受2小時(shí)的初級(jí)聚合。此后，在65℃保持聚合罐水平(將圓柱罐的軸向保持水平)，然后將熱聚合過程進(jìn)行三個(gè)小時(shí)，同時(shí)以3000rpm的速度旋轉(zhuǎn)該圓柱罐。此后，在90℃執(zhí)行24小時(shí)的加熱過程，使得獲得從高聚合體(PMMA)形成的圓柱管。
下面，將作為纖芯材料的單體溶液(甲基丙烯-酸-甲基(其中水減少到1000ppm或更少))與作為折射率控制成分的二丁基鄰苯二甲酸酯混合。二丁基鄰苯二甲酸酯的量為單體溶液的10wt.％。在單體混合溶液通過從聚四氟乙烯以0.2μm精度制造的膜過濾器過濾后，過濾后的溶液直接注入圓柱管的中空部分。作為聚合引發(fā)劑，加入單體混合物溶液的0.016wt.％的二-t-丁基過氧化物。作為鏈轉(zhuǎn)移劑，加入單合物溶液的0.016wt.％的二-t-丁基過氧化物。作為鏈轉(zhuǎn)移劑，加入單體混合溶液的0.27wt.％的正-十二醇硫醇。包含此單體混合物溶液的圓柱管插入具有的直徑大于圓柱管直徑9％的玻璃管之中，然后將玻璃管在壓力聚合室中保持垂直和靜止。然后，在氮?dú)猸h(huán)境中，聚合室的壓力加壓到0.1Mpa，且單體混合溶液在90℃經(jīng)受48小時(shí)的熱聚合。此后，壓力聚合室中的壓力增加到0.4Mpa，然后單體混合溶液在120℃經(jīng)受24小時(shí)的熱聚合。在熱聚合之后，執(zhí)行熱處理以獲得該預(yù)制品。該預(yù)制品的平均分子量的重量為106000，且分子量分布((平均分子量重量)/(平均分子量數(shù)量))為2.1。該預(yù)制品的玻璃轉(zhuǎn)化溫度在纖芯的中心處具有最低值100℃(＝Tg)。纖芯中的玻璃轉(zhuǎn)化溫度依照折射率分布逐漸增加。在纖芯的最外區(qū)域的玻璃轉(zhuǎn)化溫度為105℃。
由于在完成聚合的時(shí)候的體積收縮，可以產(chǎn)生不具有任何氣泡的預(yù)制品。預(yù)制品在230℃加熱并拉制以獲得具有300μm的直徑的POF。測(cè)量的POF傳輸損失在650nm的波長(zhǎng)為160dB/km，在850nm的時(shí)候?yàn)?250dB/km。在圖1中的樹脂罐12中，將一次裝填型熱固性聚氨脂(Sunstar Engeering有限公司制造，Penguin CementRD-8014GA(此后稱作“彈性體聚氨脂”))注入。將POF以3m/min的速度供給樹脂罐12，以在POF上涂敷彈性體聚氨脂。圖1中熱水17的溫度設(shè)為80℃。然后，通過將POF供給到熱水中10秒鐘而使得彈性體聚氨脂硬化，使得在POF周圍形成保護(hù)層(水槽法)。保護(hù)層的厚度為3mm。在覆蓋了保護(hù)層后傳輸損失的增加在650nm和850nm為0dB/km。保護(hù)層的硬化反應(yīng)完成。保護(hù)層的截面示出保護(hù)層在整個(gè)區(qū)域上是固體(○)。
在試驗(yàn)(2)，硬化保護(hù)層的加熱方法與試驗(yàn)(1)中一樣(水槽法)。在試驗(yàn)(2)中將POF覆蓋為使得保護(hù)層的厚度變?yōu)?50μm。在試驗(yàn)(3)中，將熱風(fēng)供給POF以硬化保護(hù)層。試驗(yàn)(3)中將POF覆蓋為使得保護(hù)層的厚度為20μm。
在作為比較的試驗(yàn)(4)中，使用如試驗(yàn)(1)中同樣的保護(hù)材料。圖1中熱水17的溫度保持在40℃(＝Tg-60℃)。當(dāng)POF保持在這種熱水中5分鐘，保護(hù)層未硬化(×)。因此，試驗(yàn)(4)中的保護(hù)層不能正常工作。在試驗(yàn)(5)中，其中使用了與試驗(yàn)(1)中一樣的保護(hù)材料，熱水的溫度保持在105℃(＝Tg+5℃)。將POF保持在這種熱水中1分鐘。保護(hù)層硬化(○)，且保護(hù)層的厚度為3mm。然而，在覆蓋之后，傳輸損失的增加在650nm是20dB/km，在850nm是100dB/km。在試驗(yàn)(6)中，保護(hù)層材料是包含400％氫氧化鎂的聚乙烯。在140℃的溫度將保護(hù)層覆蓋在POF上。保護(hù)層的厚度是450μm。盡管保護(hù)層在整個(gè)區(qū)域硬化(○)，覆蓋后傳輸損失的增加在650nm是80dB/km，在850nm為200dB/km。
在作為比較的試驗(yàn)(7)中，用作保護(hù)層材料的聚醚聚氨脂是可聚合成分，通過施加紫外線而硬化。在覆蓋200μm厚度的聚醚聚氨脂之后，通過使用多個(gè)具有40W/cm2功率的高壓氫燈，總共施加10秒的紫外線?？删酆铣煞肿兂烧承缘?，并不硬化用作保護(hù)層。因此，在試驗(yàn)(7)中，不能測(cè)量傳輸損失。

1(*)水槽法
2(*)吹熱氣法3(*)UV射線施加法上述表1示出了根據(jù)試驗(yàn)1-3的光纖線，其中作為保護(hù)層的三維聚氨基甲酸酯(彈性體聚氨脂)具有20μm至3mm之間的厚度，具有優(yōu)異的光學(xué)特性以及機(jī)械強(qiáng)度。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明用于諸如塑料光纖、光連接器，透鏡，光學(xué)薄膜等光學(xué)部件。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)具有保護(hù)層的光學(xué)部件的方法，所述保護(hù)層由環(huán)繞所述光學(xué)部件的光波導(dǎo)部分的保護(hù)層材料制成，所述方法包括下面的步驟在所述光學(xué)部件上涂敷所述保護(hù)層材料；以及在50℃和Tg(℃)之間的硬化溫度硬化所述保護(hù)層材料；其中Tg是所述聚合體的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述保護(hù)層是在不同于所述光學(xué)部件的光導(dǎo)部分的部分上，由保護(hù)層材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光波導(dǎo)部分在該玻璃轉(zhuǎn)化溫度，相對(duì)于垂直該光傳輸方向的平面具有分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硬化溫度是在從(Tg-50)℃到Tg(℃)的范圍內(nèi)確定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述保護(hù)層材料的加熱時(shí)間段為1秒到10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中硬化所述保護(hù)層材料的步驟在熱水中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中硬化的所述保護(hù)層材料是彈性體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述保護(hù)層材料是通過化學(xué)反應(yīng)硬化的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中硬化的所述保護(hù)層材料是聚氨基甲酸酯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述保護(hù)層材料包括具有異氰酸酯基的第一化合物，和具有包括活性氫的基的第二化合物，并且其中所述第一和第二化合物是三維結(jié)合的，以形成作為所述保護(hù)層的聚氨基甲酸酯層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二化合物是具有至少兩個(gè)羥基的多元醇。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述保護(hù)層是主保護(hù)層，且所述方法還包括下面的步驟形成至少一個(gè)附加保護(hù)層，以覆蓋所述主保護(hù)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述光波導(dǎo)部分對(duì)于垂直于該光傳輸方向的平面具有折射率分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)部件是光纖。
15.一種具有保護(hù)層的光學(xué)部件，其中所述光學(xué)部件具有由聚合體制成的光波導(dǎo)部分，且作為所述保護(hù)層的聚氨基甲酸酯彈性體是在所述光學(xué)部件周圍形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)部件，其中該保護(hù)層是主保護(hù)層，且所述光學(xué)部件還包括至少一個(gè)附加保護(hù)層，形成在所述主保護(hù)層周圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)部件，其中該附加保護(hù)層由熱塑性樹脂制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)部件，其中所述光學(xué)部件是光纖。
19.一種制造具有保護(hù)層的光學(xué)部件的裝置，所述光學(xué)部件由聚合體制造，并且在所述光學(xué)部件沿供給路徑供給時(shí)，所述保護(hù)層形成在所述光學(xué)部件的表面上，所述裝置包括第一涂敷設(shè)備，用于在該光學(xué)部件上涂敷所述保護(hù)層材料；以及加熱設(shè)備，用于以50℃和Tg(℃)之間的硬化溫度加熱所述保護(hù)層材料，以硬化所述保護(hù)層；其中Tg是所述光學(xué)部件的所述聚合體的最低玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，還包括線直徑控制設(shè)備，位于所述第一涂敷設(shè)備相對(duì)于所述供給路徑的下游側(cè)，以控制所述保護(hù)層的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中該保護(hù)層是主保護(hù)層，且所述裝置還包括至少一個(gè)附加涂敷設(shè)備，以在所述主保護(hù)層周圍涂敷至少一個(gè)附加保護(hù)層。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，還包括包含熱水的水槽，使得所述光學(xué)部件穿過所述水槽內(nèi)的所述熱水，所述加熱設(shè)備將該熱水的溫度控制在所述硬化溫度。
全文摘要
形成具有PMMA作為主要元件的塑料光纖(POF)(11)。在樹脂罐(12)中包含在80℃硬化的彈性體聚氨脂(13)。當(dāng)將POF(11)供給通過樹脂罐(12)的時(shí)候，彈性體聚氨脂(13)就覆蓋在POF(11)上以形成覆層線(15)。覆層線(15)傳送到溫度調(diào)整到80℃的水槽(17)。通過水槽(17)的彈性體硬化以變成具有450μm厚度的保護(hù)層。由于POF(11)在處理中加熱到80℃以形成保護(hù)層，該P(yáng)OF(11)并不轉(zhuǎn)變。因此，可以阻止對(duì)光學(xué)特性的影響。此外，保護(hù)層具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1768286SQ20048000850
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者小倉(cāng)徹, 三好孝仁 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社