專利名稱:具有芯——套層結構的光學波導的制作方法
本發(fā)明涉及具有芯-套層結構的光學波導。該波導的芯由透明的、不含氟的聚合物組成，其套層由透明的含氟聚合物組成。其相對折光指數(shù)差(n芯－n套層)/(n芯)為至少0.2%。本發(fā)明還涉及這種導管的制法及應用。
眾所周知，由塑料制成的光導纖維具有一個由以聚甲基丙烯酸甲酯為基的不含氟的聚合物所構成的芯和一個由含氟的聚合物(例如由氟代醇與甲基丙烯酸生成的酯類的聚合物)構成的、包覆著芯的套層(見歐洲專利申請公開號第0，155，567號)。在此，套層聚合物的折光指數(shù)須比芯聚合物的折光指數(shù)低至少1%，而且芯聚合物和套層聚合物的玻璃化轉變溫度須高于80℃。可以用拉絲方法(Spinnprozeβ)制造該光導纖維(在該方法中用一種特殊的模具把芯聚合物和套層聚合物擠出);也可以用涂敷方法制造該光導纖維(在該方法中用套層聚合物的溶液涂敷芯聚合物纖維，然后除去溶劑)。
本發(fā)明的目的是提供一種有芯-套層結構的光學波導，其中芯和套層由不同的聚合物所構成，而且芯與套層之間的附著力卻不因此而減弱。
本發(fā)明涉及具有芯-套層結構的光學波導，其芯由透明的、不含氟的聚合物構成，其套層由透明的含氟聚合物構成，其相對折光指數(shù)差(n芯－n套層)/(n芯)
為至少0.2%，其中芯聚合物基本上是甲基丙烯酸甲酯的聚合物或聚碳酸酯，而套層聚合物基本上是含有由式(1)的化合物衍生出的單體單元的聚合物(1)H2C＝CF-CO-O-C(CF3)2-X式中X代表氫或氘原子。
本發(fā)明還涉及具有芯-套層結構的光學波導的制造方法。該光學波導的芯由透明的、不含氟的聚合物構成，而其套層由透明的含氟聚合物構成，其相對折光指數(shù)差(n芯－n套層)/(n芯)為至少0.2%。該方法是一種用一層套層聚合物包覆線狀芯聚合物的方法，它包括牽引一種基本上由甲基丙烯酸甲酯的聚合物或聚碳酸酯構成的線材，使其通過一種聚合物的溶液，該聚合物含有由式(1)的化合物衍生的單體單元，(1)H2C＝CF-CO-O-C(CF3)2-X式中X代表氫或氘原子，所用溶劑為基本不溶解芯聚合物的無水有機溶劑，然后除去溶劑。
芯聚合物基本上是甲基丙烯甲酯的聚合物，也就是說，是一種甲基丙烯酸甲酯的均聚物，或是甲基丙烯甲酯與另一種乙烯基單體(如1，1-二氟乙烯)的共聚物，或是聚碳酸酯，且以由碳酸和二羥基二苯基-2，2-丙烷所形成的聚酯為宜。芯聚合物的平均分子量(用光散射法測定)為8×104至25×104，且以1×105至2×105為宜;其玻璃化轉變溫度為100至170℃，且以110至150℃為宜;其折光指數(shù)(n23D)為1.4至1.6，且以1.44至1.59為宜。芯聚合物也可以是甲基丙烯酸甲酯的聚合物與聚碳酸酯的混合物。
套層聚合物基本上是含由式(1)的化合物(1)H2C＝CF-CO-O-C(CF3)2-X衍生的單體單元的聚合物(式中X代表氫或氘原子)。可用的單體有α-氟代丙烯酸六氟異丙酯和α-氟代丙烯酸含氘六氟異丙酯。套層聚合物的平均分子量(光散射法測定)為8000至5，000，000，且以10，000至200，000為宜;其玻璃化轉變溫度為95至150℃，且以100至145℃為宜;其折光指數(shù)(n23D)為1.34至1.46，且以1.348至1.400為宜。套層聚合物也可以是一種聚合物混合物。
通常在溫度為60至150℃、在有游離基引發(fā)劑存在的條件下，通過使α-氟代丙烯酸六氟異丙酯或α-氟代丙烯酸含氘六氟異丙酯單體聚合(最好是本體聚合)，可制得套層聚合物。
這些單體可按下述方法制備a)將150克(1摩爾)α-氟代丙二酸二甲酯〔見《氟化學雜志》(Journal of Fluorine Chemistry)第25卷(1984)，第203至212頁〕在1小時之內滴入到由96克濃度為35%(重量)的甲醛水溶液(1.1摩爾)和10克(0.1摩爾)碳酸氫鉀組成的混合物中，溫度為25℃。然后將反應溶液與4倍體積的氯化銨飽和水溶液相混合，再將此混合物用二氯甲烷萃取三次，每次用150毫升二氯甲烷。把各次萃取液混在一起，用硫酸鈉干燥。將二氯甲烷蒸發(fā)掉之后，得到無色固態(tài)的α-羥甲基-α-氟代丙二酸二甲酯。
將180克(1摩爾)α-羥甲基-α-氟代丙二酸二甲酯在1.5升6N鹽酸中、加熱沸騰2.5小時，脫水脫羧。停止產生氣體之后，將反應混合物在壓力為700毫巴的條件下蒸餾，并用乙醚萃取餾出液三次，每次用150毫升乙醚。將混在一起的各次萃取液用硫酸鈉干燥。在向該乙醚溶液中通入19克(1.1摩爾)氨氣之后，得到無色固態(tài)的α-氟代丙烯酸的銨鹽。
將107克(1摩爾)該α-氟代丙烯酸的銨鹽與14.5克(0.2摩爾)二甲基甲酰胺和0.6升二甲苯相混合，并在1小時之內向該混合物中滴加131克(1.1摩爾)亞硫酰氯。將該混合物在溫度為80℃的條件下加溫兩個小時。在冷卻至溫度為0℃之后，在30分鐘之內向該反應混合物中加入由204克(1.1摩爾)三丁胺和185克(1.1克)六氟異丙醇所組成的混合物。將此混合物在溫度為30℃的條件下再攪拌1小時，最后過濾。將濾液在壓力為270毫巴的條件下蒸餾，得到無色液態(tài)的α-氟代丙烯酸六氟異丙酯。
b)如果在第三步中用二氘代六氟異丙醇代替六氟異丙醇，那么按與a)相似的操作方法可制得α-氟代丙烯酸含氘六氟異丙酯。
本發(fā)明的光學波導是通過把一根芯聚合物包覆在一層套層聚合物中的方法制得的。為此，將芯聚合物線材拉過一種套層聚合物的溶液(該溶液中所用溶劑為一種基本上不溶解芯聚合物的無水有機溶劑)，然后，除掉溶劑。
所用的基本不溶解芯聚合物的溶劑(這就是說，根本不溶解或僅少量溶解)具體地講是低級醇(以甲醇為宜)、低級酮(以丙酮為宜)、或者是低級醇的醋酸酯(以醋酸乙酯為宜)。如果合適的話，所用溶劑可以是幾種上述溶劑的混合物。套層聚合物在溶液中的濃度為2%至15%(重量)。且以6%至10%(重量)為宜。
芯聚合物線材的直徑為0.1至2毫米，且以0.5至1毫米為宜。為了用套層聚合物將其包覆，使其通過盛于一個容器中的套層聚合物的溶液。在該容器的底部有一個截面為圓形的毛細管通道，其直徑比所用的特定的線材的直徑大10%至40%。從毛細管通道出來之后，應立即驅除掉附著在已包覆了的線材上的溶劑。舉例來說，這可以通過在溫度為30℃至120℃(以50℃至100℃為宜)、壓力為200至1000毫巴(以800至1000毫巴為宜)的條件下進行蒸發(fā)來實現(xiàn)。由此得到的套層的厚度為0.003至0.05毫米，且以0.005至0.02毫米為宜。
本發(fā)明的光學波導適用于傳遞信息(借助于波長為500至750毫微米的光波，尤其是600至670毫微米的光波)。其衰減為不大于每千米1500分貝(A)〔dB(A)/Km〕，一般不大于1000dB(A)/Km。
下面的例子進一步說明了本發(fā)明。其中的百分率數(shù)據都以重量計。
實施例將濃度為10%的聚α-氟代丙烯酸六氟異丙酯的無水乙醇溶液加入到一個容器中。所用的聚α-氟代丙烯酸六氟異丙酯的平均分子量為150，000(用光散射法測定)，其玻璃化轉變溫度為109℃，其折光指數(shù)n23D為1.355。所用的容器的底部有一個毛細管通道。該通道的截面為圓形，直徑為1毫米。牽拉一根平均分子量為180，000(光散射法測定)、玻璃化轉變溫度為107℃、折光指數(shù)n23D為1.49的聚甲基丙烯酸甲酯線材，使其通過該溶液，并通過毛細管通道。線材的直徑為0.8毫米。使涂敷好的線材在從毛細管通道出來之后立即通過一個恒溫在70℃的空氣浴(該空氣浴借助于兩個輻射式加熱器恒溫)。這樣，便蒸發(fā)掉了甲醇，并得到了牢固地附在芯線上的、厚度為0.02毫米的一層聚α-氟代丙烯酸六氟異丙酯。所得到的具有芯-套層結構的光學波導在作為信息的傳遞介質時(借助于波長為670毫微米的光波)，其衰減為800dB(A)/Km。
權利要求
1.一種具有芯-套層結構的光學波導，其芯由透明的、不含氟的聚合物構成，其套層由透明的含氟聚合物構成，其相對折光指數(shù)差(n芯－n套層)/(n芯)為至少0.2%，其中芯聚合物基本上是甲基丙烯酸甲酯的聚合物或聚碳酸酯，套層聚合物基本上是含由式(1)的化合物衍生的單體單元的聚合物(1)H2C=CF-CO-O-C(CF3)2-X式中X代表氫或氘原子。
2.一種具有芯-套層結構的光學波導的制造方法，該光學波導的芯由透明的、不含氟的聚合物構成，其套層由透明的含氟聚合物構成，其相對折光指數(shù)差(n芯－n套層)/(n芯)為至少0.2%，該方法是一種用一層套層聚合物包覆線狀芯聚合物的方法，該方法包括牽引基本上由甲基丙烯酸甲酯的聚合物或聚碳酸酯構成的線材，使其通過一種聚合物的溶液，該聚合物含有由式(1)的化合物衍生的單體單元(1)CH2＝CF-CO-O-C(CF3)2-X式中X代表氫或氘原子，聚合物溶液中所用溶劑為基本上不溶解芯聚合物的無水有機溶劑;然后除掉溶劑。
3.根據權利要求
2的方法，其中用低級醇、低級酮或低級醇的醋酸酯作為溶劑。
4.根據權利要求
2的方法，其中在溫度為30至120℃的條件下，用蒸發(fā)的方法來除掉溶劑。
5.權利要求
1所要求的光學波導的應用，借助于波長為500至750毫微米的光波傳遞信息。
專利摘要
本文介紹了一種塑料光學波導，它通常由芯和套層組成。芯材料的折光指數(shù)比套層材料的折光指數(shù)高。適宜的芯材料為不含氟的聚合物，而適宜的套層材料為含氟聚合物(可含氘原子)。用使聚合物線材通過套層聚合物溶液，然后除掉溶劑的方法可制得該光學波導。該光學波導尤其適用于傳遞信息(借助于波長為500至750毫微米的光波)。
文檔編號G02B6/00GK87101695SQ87101695
公開日1987年9月23日 申請日期1987年3月5日
發(fā)明者彼得·赫布里徹特斯梅爾, 曼夫里德·弗雷斯納, 沃納·格羅, 魯多爾夫·赫穆勒爾, 格哈德·維納斯 申請人:赫徹斯特股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan