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JP2884575B2 - 光導波体 - Google Patents

光導波体

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JP2884575B2
JP2884575B2 JP63166912A JP16691288A JP2884575B2 JP 2884575 B2 JP2884575 B2 JP 2884575B2 JP 63166912 A JP63166912 A JP 63166912A JP 16691288 A JP16691288 A JP 16691288A JP 2884575 B2 JP2884575 B2 JP 2884575B2
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JP
Japan
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polymer
ring structure
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optical waveguide
light
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JPH0218504A (ja
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寛人 黒田
直樹 杉本
秀 中村
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーか
らなる表面層を有する、光の発振、光の増幅、光の方向
変換または分光のための光導波体(以下、単に光導波体
という)に関するものである。
[従来の技術] 従来、光を発振したり増幅したり、光の方向を変えた
り、分光したりする光学部品の中で、媒質(光学部品)
とその周囲との境界面での全反射を利用する光導波体と
して、スラブ型レーザーガラス、プリズムなどが知られ
ている。特にスラブ型レーザーガラスはその形状と光導
波メカニズムから、冷却効率が良い、熱歪の影響をキャ
ンセルできるなどの本質的な特徴を有するため、高速繰
り返し可能なレーザー材料として近年注目を集めてい
る。しかし、レーザーガラス材料は耐水性が悪いため直
接水冷するとガラス表面すなわち全反射面が水に溶解し
平滑さが失われてしまうため、冷却に水を用いることが
できない。そのため、十分な冷却効率が得られておら
ず、高速繰り返しが達成されていない。また、スラブ型
レーザーガラスの保持固定は、O−リングを介して行な
うが、O−リングとレーザーガラスとの屈折率差がほと
んど無いためO−リングとレーザーガラスの接する部分
で一部の光が損失してしまう。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、前述のような欠点を解消し、直接水冷が可
能で、かつ光の損失が無い光導波体を新規に提供するこ
とを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者は、前述の目的のもとに鋭意検討を重ねた結
果、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するポリマー」
(以下、単に「含フッ素脂肪族環構造を有するポリマ
ー」と略す)からなる表面層を有する光導波体が直接水
冷が可能でかつ光の損失が無いことを新規に見出すに至
った。
かくして本発明は、上記知見に基いて完成されたもの
であり、含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーからな
る表面層を有することを特徴とする光導波体を新規に提
供するものである。
本発明において、含フッ素脂肪族環構造を有するポリ
マーとしては、従来より公知乃至周知のものを含めて広
範囲にわたって例示され得る。而して、本発明において
は、主鎖に上記特定の環構造を有する含フッ素ポリマー
が採用される。
例えば一般式 の如き環構造を有するものが挙げられる。これらの内、
次の如き環構造を有するポリマーが代表的である。ただ
し、本発明の内容はこれらのみに限定されるものではな
い。
これら重合体の製造法を示すと、次の2通りである。
ただし、これら製造法に限定されるものではない。
1.環化重合によるもの 又は (USP 3418303,GB 1106344など) (USP 3202643など) 2.環状モノマーを使用するもの(USP 3978030) 上記では、パーフルオロ脂肪族環構造を有するポリマ
ーを例示したが、本発明においては、上記例示のフッ素
原子の一部が他の水素原子や有機基で置換されたもの、
あるいはメタセシス重合で得られる の如き環構造を有するものなども挙げられる。
而して、本発明における特定の環構造を有するポリマ
ーは、上記の如き環化重合により円滑有利に得られる
が、特に、分子内に重合性の異なる二つの重合性基を有
し且つこれら二つの重合性基を連結する連結鎖の直鎖部
分の原子数が2〜7個であるモノマーを用いることによ
り、超高圧条件や大希釈条件を採用しなくても、ゲル化
の副生を抑えて円滑有利に環化重合を進行せしめ得るも
のである。
上記の如き環化重合に好適なモノマーとしては、まず
第一に、重合性の異なる炭素−炭素多重結合を二つ有す
ることが望ましい。通常は炭素−炭素二重結合が採用さ
れ、種類あるいは構造などの異なる二つの多重結合が採
用される。例えば、左右対称構造でない二つの多重結合
を有する含フッ素単量体、ビニル基とアリル基、ビニル
エーテル基とビニル基、含フッ素多重結合と炭化水素多
重結合、パーフルオロ多重結合と部分フッ素化多重結合
の如きが挙げられる。第二に、これら二つの炭素−炭素
多重結合を連結する連結鎖の直鎖部分の原子数が2〜7
であることが望ましい。連結鎖の直鎖部分の原子数が0
〜1個の場合には環化重合が生起し難く、また8個以上
の場合にも同様である。通常好ましくは、この原子数が
2〜5個の場合である。また、連結鎖は直鎖状に限られ
ず、側鎖構造あるいは環構造を有していても良く、さら
に構成原子は炭素原子に限られず、O,S,Nの如きヘテロ
原子を含んでいても良い。第三に、フッ素含有率が10重
量%以上のものが望ましい。フッ素含有率が余りに少な
い場合には、フッ素原子の有する特異性が発揮され難く
なる。当然のことであるが、パーフルオロ単量体が好適
に採用される。
上記の特定の含フッ素単量体の具体例としては、 などが例示され得る。本発明においては、CF2=CFO−な
るビニルエーテル基を一つ有するものが重合反応性、環
化重合性、ゲル化抑制などの点で好ましく採用され、特
にパーフルオロアリルビニルエーテル(CF2=CFOCF2CF
=CF2)及びパーフルオロブテニルビニルエーテル(CF2
=CFOCF2CF2CF=CF2)が好適な例として挙げられる。
上記の如き単量体成分は単独で又は二種以上で使用さ
れ得ると共に、さらにはこれらの成分の本質を損なわな
い程度に他の共重合成分と併用して共重合しても何ら差
し支えがないし、必要ならば何らかの方法でポリマーを
架橋しても良い。
共重合せしめる他の単量体としては、ラジカル重合性
を有するモノマーであれば、特に限定されずに含フッ素
系、炭化水素系その他が広範囲にわたって例示され得
る。当然のことであるが、これら他の単量体は一種単独
で前記特定の環構造を導入し得るモノマーとラジカル共
重合せしめても良く、あるいは適宜の2種類以上を併用
して上記共重合反応を行なわせても良い。本発明におい
ては、通常は他の単量体としてフルオロオレフィン、フ
ルオロビニルエーテルなどの含フッ素系モノマーを選定
するのが望ましい。例えば、テトラフルオロエチレン、
パーフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオロプロ
ピルビニルエーテル、あるいはカルボン酸基やスルホン
酸基の如き官能基を含有するパーフルオロビニルエーテ
ルなどは好適な具体例であり、弗化ビニリデン、弗化ビ
ニル、クロロトリフルオロエチレンなども例示され得
る。
共重合体組成としては、本発明で目的とする特定含フ
ッ素脂肪族環構造の特性を生かすために、環状構造の組
成が20%以上であることが好ましく、更に好ましくは40
%以上であることが望ましい。
本発明において、含フッ素ポリマーの架橋方法として
は、通常行なわれている方法などを適宜用いることがで
きる。例えば、架橋部位をもつ単量体を共重合させて架
橋せしめたり、架橋剤を添加して架橋せしめたり、ある
いは放射線などを用いて架橋せしめることができる。
また、本発明における含フッ素ポリマーには、実用性
を向上させるために、酸化防止剤、紫外線安定剤等の各
種添加剤を添加することも可能である。
本発明における特定の環構造を有するポリマーは、フ
ッ素系溶剤などに可溶なため、溶液へのディッピング
法、スプレー法、スピンコート法などにより均一な厚み
の表面層を形成することが可能である。また、熱可塑性
樹脂として溶融温度が低く、溶融粘度も比較的低いの
で、熱溶融成形も容易である。
用いられる溶媒としては、上記ポリマーを溶解するも
のであれば限定はないが、パーフルオロベンゼン、“ア
フルード”(商品名:旭硝子社製のフッ素系溶剤)、
“フロリナート”(商品名:3M社製のパーフルオロ(2
−ブチルテトラヒドロフラン)を含んだ液体)、トリク
ロロトリフルオロエタン等が好適である。当然のことで
あるが、適宜の2種類以上を併用して溶媒として用いる
ことができる。特に混合溶媒の場合、炭化水素系、塩化
炭化水素、弗塩化炭化水素、アルコール、その他の有機
溶媒も併用できる。溶液濃度は0.01wt%〜50wt%で、好
ましくは0.1wt%〜20wt%である。
本発明において、含フッ素脂肪族環構造を有するポリ
マーからなる表面層の厚みは、0.1μm以上であれば、
前記目的を十分達成し得るので好ましい。
本発明における特定の環構造を有する含フッ素ポリマ
ーは、従来知られているCR−39、アクリル樹脂などのプ
ラスチック材料に比べて、屈折率1.49以下と低く、また
フッ素樹脂であるにかかわらず透明であり、レーザーガ
ラスのポンピングを、ランプなどを用いて効率よく行な
うことが可能である。また、フッ素含有率の高いものは
1.40以下という低屈折率も達成可能であり、任意の全反
射条件を有する各種光導波体の設計が可能であり、例え
ば冷却水の屈折率1.33に近い屈折率を持つ表面層を有す
る光導波体の作成も可能である。
[作用] 本発明において、含フッ素脂肪族環構造を有するポリ
マーは、結晶性が小さいか又は殆ど結晶性がないため
に、フッ素樹脂であるにもかかわらず高い透明性を示し
且つ高い光線透過率を示すものであり、また含フッ素ポ
リマーであるが故に、通常の炭化水素系の樹脂よりも低
屈折率で、耐水性、耐紫外線性にも優れているものと考
えられる。ただし、かかる説明は本発明の理解の助けと
するものであり、本発明を何ら限定するものでないこと
は勿論である。
[実施例] 次に、本発明の実施例について更に具体的に説明する
が、この説明が本発明を限定するものでないことは勿論
である。
合成例1 パーフルオロアリルビニルエーテルの35g,トリクロロ
トリフルオロエタン(以下、R−113と略記する)の5g,
イオン交換水の150g,及び重合開始剤として の35mgを、内容積200mlの耐圧ガラス製オートクレーブ
に入れた。系内を3回窒素で置換した後、26℃で23時間
懸濁重合を行った。その結果、重合体を28g得た。
この重合体の赤外線吸収スペクトルを測定したとこ
ろ、モノマーにあった二重結合に起因する1660cm-1,184
0cm-1付近の吸収はなかった。また、この重合体をパー
フルオロベンゼンに溶解し19FのNMRスペクトルを測定し
たところ、以下の繰り返し構造を示すスペクトルが得ら
れた。
この重合体の固有粘度[η]は、“フロリナート"FC
−75(商品名:3M社製のパーフルオロ(2−ブチルテト
ラヒドロフラン)を主成分とした液体、以下、FC−75と
略記する)中30℃で0.530であった。重合体のガラス転
移点は69℃であり、室温ではタフで透明なガラス状の重
合体である。また10%熱分解温度は462℃であり、さら
にこの重合体は無色透明であり、屈折率は1.34と低く、
光線透過率は95%と高かった。
合成例2 1,1,2,4,4,5,5−ヘプタフルオロ−3−オキサ−1,6−
ヘプタジエンの20g及びR−113の40gを窒素置換した三
ッ口フラスコに入れ、重合開始剤として の20mgを加え、さらに系内を窒素置換した後に、18℃で
10時間重合した。その結果、重合体を10g得た。この重
合体はR−113に溶解するポリマーであり、メタキシレ
ンヘキサフルオライド中30℃での固有粘度[η]は0.96
であった。19F NMR及び1H NMRにより、主鎖に環状構造
を有する重合体であることを確認した。
また、この重合体は無色透明であり、屈折率は1.36と
低く、光線透過率は93%と高かった。
実施例1〜2 合成例1及び2で得られたポリマーをそれぞれ“アフ
ルード”(商品名:旭硝子社製のフッ素系溶剤)及びR
−113に溶解し、5wt%の溶液を作製した。この溶液中に
15mm×4mm×70mmののスラブ型レーザーガラス LHG−5
(商品名:HOYA社製)をディッピングし、コーティング
した後、室温で1時間乾燥し、厚さ10μmの表面層を形
成した。この表面層を形成したスラブ型レーザーガラス
をシリコンゴム製O−リングを用いてランプハウス内に
固定し、5/minで冷却水を流しながら、1フラッシュ
当たり200JのエネルギーでXeランプを照射し、1Hzの繰
り返し速度で50時間連続してレーザー発振を行なった。
50時間経過後もレーザー出力の低下は見られず、またCC
Dカメラによりレーザーパターンを観察したところ、O
−リングに起因する光損失パターンは見られなかった。
50時間経過後、レーザーガラスをランプハウスから取り
出し、表面層及びガラス面を肉眼及び光学顕微鏡を用い
て観察したところ、着色、透明度の変化、クラックの発
生、はがれ、及び溶解によるガラス面の変化は全く認め
られなかった。
実施例3 合成例1で得られたポリマーを実施例1と同様のスラ
ブ型レーザーガラス表面に250℃で熱融着を行ない、厚
さ100μmの表面層を形成した。この表面層を形成した
スラブ型レーザーガラスについて、実施例1と同様の試
験を行ない評価を行ったところ、レーザー出力の低下、
O−リングに起因する光損失は認められなかった。ま
た、表面層の着色、透明度の変化、クラックの発生、は
がれは認められず、溶解によるガラス面の変化も全く認
められなかった。
[発明の効果] 本発明は、含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーを
表面層として形成させることにより、直接水冷が可能
で、かつ光の損失が無い光導波体を得るという優れた効
果を有し、特にフッ素含有量の高いものは、耐熱性,耐
水性,耐紫外線性も兼ね備え、屈折率も1.40以下にでき
るため広い範囲の全反射角度条件を設定できるという効
果も認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−3548(JP,A) 特開 昭59−199713(JP,A) 特開 昭49−99042(JP,A) 特開 昭63−29707(JP,A) 米国特許4530569(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12 - 6/122

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するポリ
    マーからなる表面層を有することを特徴とする、光の発
    振、光の増幅、光の方向変換または分光のための光導波
    体。
  2. 【請求項2】ポリマーの屈折率が1.49以下である請求項
    1記載の光導波体。
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US4530569A (en) 1981-08-20 1985-07-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company Optical fibers comprising cores clad with amorphous copolymers of perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole

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