JP2002214466A - 光ファイバ - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
- G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
- G02B6/02328—Hollow or gas filled core
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
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- G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実用的な大きさのモードフィールド径で紫外
線を入射すると共に、入出射の光学系の小型化を図り、
光路長を短くすること。 【解決手段】 軸方向に対して垂直な断面に設けられ、
シリカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域
を包囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に
設けられ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数
の空孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の
伝搬モードがシングルモードであって、コア領域及びク
ラッド領域は、波長の光を伝搬させる構成を採る。
線を入射すると共に、入出射の光学系の小型化を図り、
光路長を短くすること。 【解決手段】 軸方向に対して垂直な断面に設けられ、
シリカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域
を包囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に
設けられ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数
の空孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の
伝搬モードがシングルモードであって、コア領域及びク
ラッド領域は、波長の光を伝搬させる構成を採る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定値より小さい
波長の光を伝搬させる光ファイバに関する。
波長の光を伝搬させる光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、通常の光ファイバは、純粋なシリ
カガラスで形成され、コア領域にゲルマニウムが添加さ
れているが、波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの光（紫
外線）を伝達するには適さない。これは、コア領域を作
るため、シリカガラスにゲルマニウムを添加すると、紫
外線がゲルマニウムに吸収されてしまい、紫外線を伝送
することができないことに基づく。
カガラスで形成され、コア領域にゲルマニウムが添加さ
れているが、波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの光（紫
外線）を伝達するには適さない。これは、コア領域を作
るため、シリカガラスにゲルマニウムを添加すると、紫
外線がゲルマニウムに吸収されてしまい、紫外線を伝送
することができないことに基づく。
【０００３】また、コア領域を純粋シリカガラスとし、
クラッド領域にＦを添加することで紫外線伝送が可能な
導波路を構成できる。しかし、コアとクラッドとの屈折
率差（比屈折率差）を十分大きくする事ができないた
め、曲げ損失が発生しやすい。また、エキシマレーザ光
のように強力な紫外線では、コア領域に欠陥が生じて伝
送損失が増大してしまう。
クラッド領域にＦを添加することで紫外線伝送が可能な
導波路を構成できる。しかし、コアとクラッドとの屈折
率差（比屈折率差）を十分大きくする事ができないた
め、曲げ損失が発生しやすい。また、エキシマレーザ光
のように強力な紫外線では、コア領域に欠陥が生じて伝
送損失が増大してしまう。
【０００４】このため、欠陥の発生を防止すべく、純粋
なシリカガラスを用いると共に、コア領域にヒドロキシ
ル基を添加した光ファイバが提案されている。このよう
な光ファイバは、波長が２５０ｎｍから４００ｎｍの光
（紫外線）を伝達するために実用化されている。
なシリカガラスを用いると共に、コア領域にヒドロキシ
ル基を添加した光ファイバが提案されている。このよう
な光ファイバは、波長が２５０ｎｍから４００ｎｍの光
（紫外線）を伝達するために実用化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コア領
域にヒドロキシル基が添加された光ファイバは、一般に
パワー伝送に使われるため、コア領域の直径が２００μ
ｍと大きい。また、伝搬モードがマルチモードであるた
め、集光レンズを用いてもファイバから出射する光を数
ミクロン程度の小さなスポット系に絞ることが困難であ
った。このため、微細加工や微細な部分に高いパワー照
射を必要とする分析等には適していなかった。
域にヒドロキシル基が添加された光ファイバは、一般に
パワー伝送に使われるため、コア領域の直径が２００μ
ｍと大きい。また、伝搬モードがマルチモードであるた
め、集光レンズを用いてもファイバから出射する光を数
ミクロン程度の小さなスポット系に絞ることが困難であ
った。このため、微細加工や微細な部分に高いパワー照
射を必要とする分析等には適していなかった。
【０００６】ここで、上記のような紫外線をシングルモ
ードで伝送すれば、ファイバからの出射光の波面が揃う
ため、ＭＦＤ（ｍｏｄｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉａｍｅｔｅ
ｒ；ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａ
ｌ ｆｉｂｅｒ）、すなわち、モードフィールド径をあ
る程度有していても、集光レンズ等の光学系手段で絞る
ことが可能である。このＭＦＤについては、下記の数式
に示すように、ピーターマンＩの式が知られている。な
お、φ（ｒ）は、半径方向の電界分布を示す。
ードで伝送すれば、ファイバからの出射光の波面が揃う
ため、ＭＦＤ（ｍｏｄｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉａｍｅｔｅ
ｒ；ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａ
ｌ ｆｉｂｅｒ）、すなわち、モードフィールド径をあ
る程度有していても、集光レンズ等の光学系手段で絞る
ことが可能である。このＭＦＤについては、下記の数式
に示すように、ピーターマンＩの式が知られている。な
お、φ（ｒ）は、半径方向の電界分布を示す。
【０００７】
【数１】 また、ファイバをシングルモードにするためには、弱導
波条件の下では、以下の特性方程式で、Ｖ＜２．４０５
となることが必要となる。
波条件の下では、以下の特性方程式で、Ｖ＜２．４０５
となることが必要となる。
【０００８】
【数２】 ここで、Ｖは規格化周波数、λは波長、ａはコア半径、
ｎコアはコア領域の屈折率、ｎクラット゛はクラッド領域の屈
折率を示す。
ｎコアはコア領域の屈折率、ｎクラット゛はクラッド領域の屈
折率を示す。
【０００９】例えば、ファイバをシングルモードとした
場合、エキシマレーザＡｒＦの波長は、１９３ｎｍであ
り、シングルモードの条件は、コア／クラッドの屈折率
差が１％のとき（ｎコア＝１．４５８５、ｎクラット゛＝１．
４４３９）、コア径（２ａ）＝０．７２μｍである。
場合、エキシマレーザＡｒＦの波長は、１９３ｎｍであ
り、シングルモードの条件は、コア／クラッドの屈折率
差が１％のとき（ｎコア＝１．４５８５、ｎクラット゛＝１．
４４３９）、コア径（２ａ）＝０．７２μｍである。
【００１０】しかし、これではコア径が小さすぎるた
め、大きなパワーを入射することはできない。実用的な
パワーを伝送するためには、少なくとも、２〜３ミクロ
ン、望ましくは４ミクロン以上のコア径が必要である。
すなわち、コア径が大きくても波面が揃っていればレン
ズ等の光学的手段で絞ることができるからである。
め、大きなパワーを入射することはできない。実用的な
パワーを伝送するためには、少なくとも、２〜３ミクロ
ン、望ましくは４ミクロン以上のコア径が必要である。
すなわち、コア径が大きくても波面が揃っていればレン
ズ等の光学的手段で絞ることができるからである。
【００１１】また、コアとクラッドとの比屈折率差を小
さくすることによって、若干コア径が大きくなるように
設計することもできるが、比屈折率差の減少に伴って曲
げロスが大きくなるため、実用上問題があり、紫外線用
のシングルモードファイバは普及していない。
さくすることによって、若干コア径が大きくなるように
設計することもできるが、比屈折率差の減少に伴って曲
げロスが大きくなるため、実用上問題があり、紫外線用
のシングルモードファイバは普及していない。
【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、実用的な大きさのモードフィールド径で
紫外線を入射すると共に、入出射の光学系の小型化を図
り、光路長を短くすることができる光ファイバを提供す
ることを目的とする。
たものであり、実用的な大きさのモードフィールド径で
紫外線を入射すると共に、入出射の光学系の小型化を図
り、光路長を短くすることができる光ファイバを提供す
ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の光ファイ
バの発明は、軸方向に対して垂直な断面に設けられ、シ
リカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域を
包囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に設
けられ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数の
空孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の伝
搬モードがシングルモードであって、コア領域及びクラ
ッド領域は、前記波長の光を伝搬させる構成を採る。
バの発明は、軸方向に対して垂直な断面に設けられ、シ
リカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域を
包囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に設
けられ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数の
空孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の伝
搬モードがシングルモードであって、コア領域及びクラ
ッド領域は、前記波長の光を伝搬させる構成を採る。
【００１４】この構成により、シングルモード動作を保
持した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで所定値
より小さい波長の光、例えば、紫外線を入射することが
できる。また、出射光は、シングルモードであって波面
が揃っており、ＮＡ（開口数）が高く、大きなＭＦＤで
も光学系の手段によって絞ることができるため、微細加
工や分析のための短波長光、例えば紫外線照射に必要な
高密度の光を提供することが可能となる。更に、従来の
紫外線伝送用光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出
射光学系装置を小型化し、光路長も短く設計することが
でき、加工装置の小型化を図ることが可能となる。
持した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで所定値
より小さい波長の光、例えば、紫外線を入射することが
できる。また、出射光は、シングルモードであって波面
が揃っており、ＮＡ（開口数）が高く、大きなＭＦＤで
も光学系の手段によって絞ることができるため、微細加
工や分析のための短波長光、例えば紫外線照射に必要な
高密度の光を提供することが可能となる。更に、従来の
紫外線伝送用光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出
射光学系装置を小型化し、光路長も短く設計することが
でき、加工装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、シリカガラスは、モル比率が１０ｐ
ｐｍ以上のヒドロキシル基、又は重量濃度が０．２％以
上のフッ素を含む構成を採る。
ファイバにおいて、シリカガラスは、モル比率が１０ｐ
ｐｍ以上のヒドロキシル基、又は重量濃度が０．２％以
上のフッ素を含む構成を採る。
【００１６】この構成により、従来の光ファイバに比べ
て、短波長光、例えば、波長が１５０ｎｍから４００ｎ
ｍの紫外線に対する透過率の耐久性を向上させることが
できると共に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすること
ができる。すなわち、フッ素を添加した場合、純粋の石
英よりも屈折率が下がるため、通常のファイバではより
多くのフッ素をクラッド領域に添加しないとファイバを
構成することができない。この場合、コア領域とクラッ
ド領域との比屈折率差を大きくすることができないた
め、ＮＡ＜０．２となり、ＮＡを大きくすることができ
なかった。ＮＡが低いと曲げ損失が大きくなるという欠
点があるだけでなく、集光レンズで出射光を絞りにく
い。これに対し、本発明ではフッ素添加石英を用いて
も、十分に大きなＮＡを実現することが可能であり、ス
ポット径を絞れると共に、出射端からスポットまでの光
路長を短く設計することができ、装置の小型化を図るこ
とが可能となる。
て、短波長光、例えば、波長が１５０ｎｍから４００ｎ
ｍの紫外線に対する透過率の耐久性を向上させることが
できると共に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすること
ができる。すなわち、フッ素を添加した場合、純粋の石
英よりも屈折率が下がるため、通常のファイバではより
多くのフッ素をクラッド領域に添加しないとファイバを
構成することができない。この場合、コア領域とクラッ
ド領域との比屈折率差を大きくすることができないた
め、ＮＡ＜０．２となり、ＮＡを大きくすることができ
なかった。ＮＡが低いと曲げ損失が大きくなるという欠
点があるだけでなく、集光レンズで出射光を絞りにく
い。これに対し、本発明ではフッ素添加石英を用いて
も、十分に大きなＮＡを実現することが可能であり、ス
ポット径を絞れると共に、出射端からスポットまでの光
路長を短く設計することができ、装置の小型化を図るこ
とが可能となる。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上で六方格子状
に配列され、空孔の直径ｄと隣接する空孔間のピッチΛ
との間に、ｄ／Λ≦０．２、又は、Λ≦２．３５ｄ／Λ
＋０．５なる関係が成立する構成を採る。
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上で六方格子状
に配列され、空孔の直径ｄと隣接する空孔間のピッチΛ
との間に、ｄ／Λ≦０．２、又は、Λ≦２．３５ｄ／Λ
＋０．５なる関係が成立する構成を採る。
【００１８】この構成により、短波長光、例えば、波長
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線をシングルモード
で伝搬させることができる。また、シリカガラスの円筒
形パイプを束ねることによって、クラッドを容易に形成
することが可能となる。
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線をシングルモード
で伝搬させることができる。また、シリカガラスの円筒
形パイプを束ねることによって、クラッドを容易に形成
することが可能となる。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上で正方格子状
に配列され、空孔の直径ｄと隣接する空孔間のピッチΛ
との間に、Λ≦−１０（ｄ／Λ）2＋１０（ｄ／Λ）−
１．１なる関係が成立する構成を採る。
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上で正方格子状
に配列され、空孔の直径ｄと隣接する空孔間のピッチΛ
との間に、Λ≦−１０（ｄ／Λ）2＋１０（ｄ／Λ）−
１．１なる関係が成立する構成を採る。
【００２０】この構成により、短波長光、例えば、紫外
線をシングルモードで伝搬させることが可能となる。ま
た、六方格子配列では、孔径を大きくするとマルチモー
ドになり易いが、正方格子では、六方格子よりも孔が疎
であるため、孔径を大きくしてもマルチモードになりに
くい。径の大きな孔は、線引時の表面張力が小さく、線
引時に潰れにくいため、線引が容易となる。
線をシングルモードで伝搬させることが可能となる。ま
た、六方格子配列では、孔径を大きくするとマルチモー
ドになり易いが、正方格子では、六方格子よりも孔が疎
であるため、孔径を大きくしてもマルチモードになりに
くい。径の大きな孔は、線引時の表面張力が小さく、線
引時に潰れにくいため、線引が容易となる。
【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上でファイバ軸
を中心とする同心円の円周上に配列されている構成を採
る。
ファイバにおいて、複数の空孔は、断面上でファイバ軸
を中心とする同心円の円周上に配列されている構成を採
る。
【００２２】この構成により、短波長光、例えば、波長
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線をシングルモード
で伝搬させることが可能となる。また、複数の空孔を格
子状に配列するとコア径が格子周期の整数倍に限定され
るのに対し、円周上の配列では、コア径を自由に設定す
ることが可能となる。このため、ＭＦＤ（モードフィー
ルド径）等に関し、所望の特性を実現することが可能と
なる。また、ファイバ断面内における光のパワー分布が
実質的に円対称であるため、出射光パタンがファイバの
向きに依存しない。このため、出射光を用いた加工等が
容易となる。
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線をシングルモード
で伝搬させることが可能となる。また、複数の空孔を格
子状に配列するとコア径が格子周期の整数倍に限定され
るのに対し、円周上の配列では、コア径を自由に設定す
ることが可能となる。このため、ＭＦＤ（モードフィー
ルド径）等に関し、所望の特性を実現することが可能と
なる。また、ファイバ断面内における光のパワー分布が
実質的に円対称であるため、出射光パタンがファイバの
向きに依存しない。このため、出射光を用いた加工等が
容易となる。
【００２３】請求項６記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバにおいて、波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの
範囲内の所定波長において、モードフィールド径が、前
記波長の３倍以上である構成を採る。
ファイバにおいて、波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの
範囲内の所定波長において、モードフィールド径が、前
記波長の３倍以上である構成を採る。
【００２４】この構成により、ＭＦＤ（モードフィール
ド径）が大きく、ファイバコアにおける光パワー密度を
低くすることができるため、耐久性が向上し、パワーの
高い光によるファイバの破損を回避することが可能とな
る。このため、よりパワーの高い光を伝送することが可
能となる。また、出射光を絞って小さなスポット径を実
現することができるため、出射光のパワー密度を高くす
ることが可能となる。その結果、入力ロスが減少し、ア
ブレーション等の加工性や蛍光分析における励起特性が
良好となる。
ド径）が大きく、ファイバコアにおける光パワー密度を
低くすることができるため、耐久性が向上し、パワーの
高い光によるファイバの破損を回避することが可能とな
る。このため、よりパワーの高い光を伝送することが可
能となる。また、出射光を絞って小さなスポット径を実
現することができるため、出射光のパワー密度を高くす
ることが可能となる。その結果、入力ロスが減少し、ア
ブレーション等の加工性や蛍光分析における励起特性が
良好となる。
【００２５】請求項７記載の発明は、請求項６記載の光
ファイバにおいて、コア領域は、重量濃度が０．２％以
上のフッ素又は、モル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキ
シル基とを含む構成を採る。
ファイバにおいて、コア領域は、重量濃度が０．２％以
上のフッ素又は、モル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキ
シル基とを含む構成を採る。
【００２６】この構成により、従来の光ファイバに比べ
て、短波長光、例えば、波長が１５０ｎｍから４００ｎ
ｍの紫外線に対する透過率の耐久性を向上させることが
できると共に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすること
ができる。また、ＭＦＤ（モードフィールド径）が大き
く、ファイバコアにおける光パワー密度を低くすること
ができるため、パワーの高い光によるファイバの破損を
回避することが可能となる。このため、よりパワーの高
い光を伝送することが可能となる。また、出射光を絞っ
て小さなスポット径を実現することができるため、出射
光のパワー密度を高くすることが可能となる。その結
果、アブレーション等の加工性や蛍光分析における励起
特性が良好となる。
て、短波長光、例えば、波長が１５０ｎｍから４００ｎ
ｍの紫外線に対する透過率の耐久性を向上させることが
できると共に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすること
ができる。また、ＭＦＤ（モードフィールド径）が大き
く、ファイバコアにおける光パワー密度を低くすること
ができるため、パワーの高い光によるファイバの破損を
回避することが可能となる。このため、よりパワーの高
い光を伝送することが可能となる。また、出射光を絞っ
て小さなスポット径を実現することができるため、出射
光のパワー密度を高くすることが可能となる。その結
果、アブレーション等の加工性や蛍光分析における励起
特性が良好となる。
【００２７】請求項８記載の発明は、請求項６記載の光
ファイバにおいて、コア領域は、１０16分子／ｃｍ3以
上の水素を含む構成を採る。
ファイバにおいて、コア領域は、１０16分子／ｃｍ3以
上の水素を含む構成を採る。
【００２８】この構成により、紫外線に対する透明性を
長期間維持することが可能となる。水素は、そのままで
は抜けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡ
ｒＦのレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定す
る。固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてし
まうが、固定すると１年以上効果を維持することが可能
となる。なお、水素は、フッ素又はヒドロキシル基と共
に添加することも可能であり、それによって耐久性をよ
り高めることが可能となる。
長期間維持することが可能となる。水素は、そのままで
は抜けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡ
ｒＦのレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定す
る。固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてし
まうが、固定すると１年以上効果を維持することが可能
となる。なお、水素は、フッ素又はヒドロキシル基と共
に添加することも可能であり、それによって耐久性をよ
り高めることが可能となる。
【００２９】請求項９記載の光ファイバの発明は、軸方
向に対して垂直な断面に設けられ、空孔により形成され
たコア領域、及びシリカガラスで形成されコア領域を包
囲するクラッド領域と、クラッド領域に設けられ、シリ
カガラス中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む微
細構造とを備え、シリカガラスは、少なくともクラッド
モード部にモル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキシル
基、重量濃度が０．２％以上のフッ素、又は１０16分子
／ｃｍ3の水素の少なくとも一つを含み、波長が１５０
ｎｍから４００ｎｍの光を伝搬可能なモードの数が１又
は２であり、開口数が０．１８以上であって、コア領域
及びクラッド領域は、１５０ｎｍから４００ｎｍの波長
の光を伝搬させる構成を採る。
向に対して垂直な断面に設けられ、空孔により形成され
たコア領域、及びシリカガラスで形成されコア領域を包
囲するクラッド領域と、クラッド領域に設けられ、シリ
カガラス中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む微
細構造とを備え、シリカガラスは、少なくともクラッド
モード部にモル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキシル
基、重量濃度が０．２％以上のフッ素、又は１０16分子
／ｃｍ3の水素の少なくとも一つを含み、波長が１５０
ｎｍから４００ｎｍの光を伝搬可能なモードの数が１又
は２であり、開口数が０．１８以上であって、コア領域
及びクラッド領域は、１５０ｎｍから４００ｎｍの波長
の光を伝搬させる構成を採る。
【００３０】この構成により、マルチモード動作を保持
した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦＤ
（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで波長が
４００ｎｍ以下の紫外線を入射することができる。ま
た、コアが中空であるため、紫外線による劣化や伝送ロ
スを低くすることができる。更に、従来の紫外線伝送用
光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出射光学系装置
を小型化し、光路長も短く設計することができ、加工装
置の小型化を図ることが可能となる。
した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦＤ
（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで波長が
４００ｎｍ以下の紫外線を入射することができる。ま
た、コアが中空であるため、紫外線による劣化や伝送ロ
スを低くすることができる。更に、従来の紫外線伝送用
光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出射光学系装置
を小型化し、光路長も短く設計することができ、加工装
置の小型化を図ることが可能となる。
【００３１】請求項１０記載の光ファイバの発明は、軸
方向に対して垂直な断面に設けられ、シリカガラスで形
成されたコア領域、及びこのコア領域を包囲するクラッ
ド領域と、少なくとも前記クラッド領域に設けられ、シ
リカガラス中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む
微細構造とを備え、前記コア領域及びクラッド領域は、
波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの光を伝搬させる構成
を採る。
方向に対して垂直な断面に設けられ、シリカガラスで形
成されたコア領域、及びこのコア領域を包囲するクラッ
ド領域と、少なくとも前記クラッド領域に設けられ、シ
リカガラス中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む
微細構造とを備え、前記コア領域及びクラッド領域は、
波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの光を伝搬させる構成
を採る。
【００３２】この構成により、従来の紫外線伝送用光フ
ァイバよりもＭＦＤ（モードフィールド径）を大きくす
ることができるため、数ミクロン以上の実用的な大きさ
のＭＦＤで所定値より小さい波長の光、すなわち、波長
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線を入射することが
できる。
ァイバよりもＭＦＤ（モードフィールド径）を大きくす
ることができるため、数ミクロン以上の実用的な大きさ
のＭＦＤで所定値より小さい波長の光、すなわち、波長
が１５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線を入射することが
できる。
【００３３】請求項１１記載の発明は、請求項１記載の
光ファイバにおいて、シリカガラスは、１０16分子／ｃ
ｍ3以上の水素を含む構成を採る。
光ファイバにおいて、シリカガラスは、１０16分子／ｃ
ｍ3以上の水素を含む構成を採る。
【００３４】この構成により、紫外線に対する透明性を
長期間維持することが可能となる。水素は、そのままで
は抜けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡ
ｒＦのレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定す
る。固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてし
まうが、固定すると１年以上効果を維持することが可能
となる。なお、水素は、フッ素又はヒドロキシル基と共
に添加することも可能であり、それによって耐久性をよ
り高めることが可能となる。
長期間維持することが可能となる。水素は、そのままで
は抜けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡ
ｒＦのレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定す
る。固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてし
まうが、固定すると１年以上効果を維持することが可能
となる。なお、水素は、フッ素又はヒドロキシル基と共
に添加することも可能であり、それによって耐久性をよ
り高めることが可能となる。
【００３５】請求項１２記載のレーザ加工機は、請求項
１から請求項１１のいずれかに記載の光ファイバと、前
記光ファイバの出射端に配置された集光レンズとを備え
た構成を採る。
１から請求項１１のいずれかに記載の光ファイバと、前
記光ファイバの出射端に配置された集光レンズとを備え
た構成を採る。
【００３６】この構成により、光ファイバのＮＡ（開口
数）を実効的に高くすることができるため、入出射光学
系の装置を小型化し、光路長を短く設計することがで
き、加工装置全体の小型化を図ることが可能となる。
数）を実効的に高くすることができるため、入出射光学
系の装置を小型化し、光路長を短く設計することがで
き、加工装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施の形態について説明する。なお、各図において同
一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。
の実施の形態について説明する。なお、各図において同
一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。
【００３８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１に係る光ファイバを用いた加工装置の概念図であ
る。実施の形態１に係る光ファイバ１は、一端に入射端
部２と、他端に出射端部３とを有している。入射端部２
には、レーザ加工機４が放射し、集光レンズ５によって
集光された光が入射される。その光は、光ファイバ１中
を伝送し、出射端部３から出射する。出射端部３から出
射した光は、スポット６を形成する。
形態１に係る光ファイバを用いた加工装置の概念図であ
る。実施の形態１に係る光ファイバ１は、一端に入射端
部２と、他端に出射端部３とを有している。入射端部２
には、レーザ加工機４が放射し、集光レンズ５によって
集光された光が入射される。その光は、光ファイバ１中
を伝送し、出射端部３から出射する。出射端部３から出
射した光は、スポット６を形成する。
【００３９】図２は、本発明の実施の形態１に係る光フ
ァイバの断面図である。図２に示すように、本光ファイ
バの断面には、外径が１２５μｍのファイバの中心部に
六方格子配列によって半径方向に５個、合計９０個の空
孔が設けられている。隣接する空孔間のピッチΛは、Λ
＝０．５〜２．０μｍであり、孔径ｄは、ｄ＝０．２Λ
〜０．６Λとなっている。ファイバの材料は、８００ｐ
ｐｍのヒドロキシル基を添加したシリカガラスを用いて
いる。ファイバ材料の屈折率は、波長３６５ｎｍにおい
て、１．４７４５である。これにより、短波長光、例え
ば、紫外線をシングルモードで伝搬させることができ
る。また、シリカガラスの円筒形パイプを束ねることに
よって、クラッドを容易に形成することが可能となる。
ァイバの断面図である。図２に示すように、本光ファイ
バの断面には、外径が１２５μｍのファイバの中心部に
六方格子配列によって半径方向に５個、合計９０個の空
孔が設けられている。隣接する空孔間のピッチΛは、Λ
＝０．５〜２．０μｍであり、孔径ｄは、ｄ＝０．２Λ
〜０．６Λとなっている。ファイバの材料は、８００ｐ
ｐｍのヒドロキシル基を添加したシリカガラスを用いて
いる。ファイバ材料の屈折率は、波長３６５ｎｍにおい
て、１．４７４５である。これにより、短波長光、例え
ば、紫外線をシングルモードで伝搬させることができ
る。また、シリカガラスの円筒形パイプを束ねることに
よって、クラッドを容易に形成することが可能となる。
【００４０】図３は、実施の形態１に係る光ファイバに
波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）の、ピッチΛに対する依存性
を示す図である。また、このときの代表値を表１に示
す。
波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）の、ピッチΛに対する依存性
を示す図である。また、このときの代表値を表１に示
す。
【００４１】
【表１】 表１において、スポット径は、一般の光学系を使用した
スポット径の例を示す。なお、光学系の設計により、ス
ポット（像）の更なる縮小・拡大は可能であり、このス
ポット径とＭＦＤとの関係に限定されるものではない。
スポット径の例を示す。なお、光学系の設計により、ス
ポット（像）の更なる縮小・拡大は可能であり、このス
ポット径とＭＦＤとの関係に限定されるものではない。
【００４２】ＭＦＤ（モードフィールド径）を、実用上
好適な大きさ、例えば、２μｍ以上の大きさとするため
には、ｆ≦０．２、又はΛ≦２．３５＋０．５を満たせ
ば良い。なお、ｆ＝０．５において、Λ≧１．８のとき
は、ファイバの伝送モードは、マルチモードに近くなっ
た。
好適な大きさ、例えば、２μｍ以上の大きさとするため
には、ｆ≦０．２、又はΛ≦２．３５＋０．５を満たせ
ば良い。なお、ｆ＝０．５において、Λ≧１．８のとき
は、ファイバの伝送モードは、マルチモードに近くなっ
た。
【００４３】実施の形態１に係る光ファイバによれば、
従来の光ファイバに比べて、短波長光、例えば紫外線に
対する透過率の耐久性を向上させることができると共
に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすることができる。
すなわち、フッ素を添加した場合、純粋のシリカガラス
よりも屈折率が下がるため、通常のファイバではより多
くのフッ素をクラッド領域に添加しないとファイバを構
成することができない。この場合、コア領域とクラッド
領域との比屈折率差を大きくすることができないため、
ＮＡ＜０．２となり、ＮＡを大きくすることができなか
った。ＮＡが低いと曲げ損失が大きくなるという欠点が
あるだけでなく、集光レンズで出射光を絞りにくい。こ
れに対し、本発明ではフッ素添加シリカガラスを用いて
も、十分に大きなＮＡを実現することが可能であり、ス
ポット径を絞れると共に、出射端からスポットまでの光
路長を短く設計することができ、装置の小型化を図るこ
とが可能となる。
従来の光ファイバに比べて、短波長光、例えば紫外線に
対する透過率の耐久性を向上させることができると共
に、ＮＡ（開口数）を実効的に高くすることができる。
すなわち、フッ素を添加した場合、純粋のシリカガラス
よりも屈折率が下がるため、通常のファイバではより多
くのフッ素をクラッド領域に添加しないとファイバを構
成することができない。この場合、コア領域とクラッド
領域との比屈折率差を大きくすることができないため、
ＮＡ＜０．２となり、ＮＡを大きくすることができなか
った。ＮＡが低いと曲げ損失が大きくなるという欠点が
あるだけでなく、集光レンズで出射光を絞りにくい。こ
れに対し、本発明ではフッ素添加シリカガラスを用いて
も、十分に大きなＮＡを実現することが可能であり、ス
ポット径を絞れると共に、出射端からスポットまでの光
路長を短く設計することができ、装置の小型化を図るこ
とが可能となる。
【００４４】（実施の形態２）実施の形態２では、実施
の形態１と同様の構造を持つ光ファイバにおいて、材料
として、約０．８％のフッ素を添加したシリカガラスを
用いた。図４は、この光ファイバに、２４８ｎｍのＫｒ
Ｆエキシマレーザを入射したときのＭＦＤ（モードフィ
ールド径）のピッチΛに対する依存性を示す。ｆ＝０．
４とすることにより、１．５μｍ〜２．０μｍのＭＦＤ
（モードフィールド径）が実現される。ここで、１０8
ショット後出射パワーの変化を測定すると、初期値が１
００％、１０6ショット後は９５％、１０8ショット後は
８５％の透過率を示した。
の形態１と同様の構造を持つ光ファイバにおいて、材料
として、約０．８％のフッ素を添加したシリカガラスを
用いた。図４は、この光ファイバに、２４８ｎｍのＫｒ
Ｆエキシマレーザを入射したときのＭＦＤ（モードフィ
ールド径）のピッチΛに対する依存性を示す。ｆ＝０．
４とすることにより、１．５μｍ〜２．０μｍのＭＦＤ
（モードフィールド径）が実現される。ここで、１０8
ショット後出射パワーの変化を測定すると、初期値が１
００％、１０6ショット後は９５％、１０8ショット後は
８５％の透過率を示した。
【００４５】（実施の形態３）図５は、実施の形態３に
係る光ファイバの断面図である。実施の形態３では、図
５に示すように、外径１２５μｍのファイバの中心部に
正方格子配列で半径方向に５個、合計１２０個の空孔を
設けた。この断面上では、隣接する空孔間のピッチΛ
は、Λ＝０．５〜２．０μｍであり、孔径ｄは、ｄ＝
０．３Λ〜０．６Λとなっている。ファイバの材料は、
８００ｐｐｍのヒドロキシル基を添加したシリカガラス
である。
係る光ファイバの断面図である。実施の形態３では、図
５に示すように、外径１２５μｍのファイバの中心部に
正方格子配列で半径方向に５個、合計１２０個の空孔を
設けた。この断面上では、隣接する空孔間のピッチΛ
は、Λ＝０．５〜２．０μｍであり、孔径ｄは、ｄ＝
０．３Λ〜０．６Λとなっている。ファイバの材料は、
８００ｐｐｍのヒドロキシル基を添加したシリカガラス
である。
【００４６】図６は、実施の形態３に係る光ファイバに
対して、波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したと
きのＭＦＤ（モードフィールド径）の、ピッチΛに対す
る依存性を示す。ＭＦＤ（モードフィールド径）を、実
用上好適な大きさ、例えば、２μｍ以上の大きさとする
ためには、Λ≦−１０（ｄ／Λ）2＋１０（ｄ／Λ）−
１．１を満たせば良い。なお、ｆ＝０．６で、Λ≧１．
１のときはファイバは、マルチモードに近くなった。
対して、波長３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したと
きのＭＦＤ（モードフィールド径）の、ピッチΛに対す
る依存性を示す。ＭＦＤ（モードフィールド径）を、実
用上好適な大きさ、例えば、２μｍ以上の大きさとする
ためには、Λ≦−１０（ｄ／Λ）2＋１０（ｄ／Λ）−
１．１を満たせば良い。なお、ｆ＝０．６で、Λ≧１．
１のときはファイバは、マルチモードに近くなった。
【００４７】以上のように、実施の形態３に係る光ファ
イバによれば、短波長光、例えば、紫外線をシングルモ
ードで伝搬させることが可能となる。また、六方格子配
列では、孔径を大きくするとマルチモードになり易い
が、正方格子では、六方格子よりも孔が疎であるため、
孔径を大きくしてもマルチモードになりにくい。径の大
きな孔は、線引時の表面張力が小さく、線引時に潰れに
くいため、線引が容易となる。
イバによれば、短波長光、例えば、紫外線をシングルモ
ードで伝搬させることが可能となる。また、六方格子配
列では、孔径を大きくするとマルチモードになり易い
が、正方格子では、六方格子よりも孔が疎であるため、
孔径を大きくしてもマルチモードになりにくい。径の大
きな孔は、線引時の表面張力が小さく、線引時に潰れに
くいため、線引が容易となる。
【００４８】（実施の形態４）図７は、実施の形態４に
係る光ファイバの断面図である。実施の形態４では、図
７に示すように、ファイバ中心を中心とする同心円の円
周上に、実質的に等間隔で複数の空孔を設けた。ここで
は、同心円の数は５となっている。各同心円周上の空孔
の数は、内側から、８、１４、２０、２６、３２であ
る。空孔の径はファイバ断面内で実質的に均一であり、
空孔の径と空孔の位置は表２に示す通りである。表２に
おいて、寸法はコア径を基準として定義されるが、コア
は、ファイバ中心を含み空孔を含まない最大の円として
定義する。また、空孔占有率は空孔が占める面積の割合
を示す指数であり、ここでは、異なる空孔占有率を有す
る５種類の構造を示した。ファイバ外径は１２５μｍで
あり、材料は、モル比率が８００ｐｐｍのヒドロキシル
基を添加したシリカガラスである。
係る光ファイバの断面図である。実施の形態４では、図
７に示すように、ファイバ中心を中心とする同心円の円
周上に、実質的に等間隔で複数の空孔を設けた。ここで
は、同心円の数は５となっている。各同心円周上の空孔
の数は、内側から、８、１４、２０、２６、３２であ
る。空孔の径はファイバ断面内で実質的に均一であり、
空孔の径と空孔の位置は表２に示す通りである。表２に
おいて、寸法はコア径を基準として定義されるが、コア
は、ファイバ中心を含み空孔を含まない最大の円として
定義する。また、空孔占有率は空孔が占める面積の割合
を示す指数であり、ここでは、異なる空孔占有率を有す
る５種類の構造を示した。ファイバ外径は１２５μｍで
あり、材料は、モル比率が８００ｐｐｍのヒドロキシル
基を添加したシリカガラスである。
【００４９】
【表２】 図８は、実施の形態４に係る光ファイバに波長３６５ｎ
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、コア径に対する依存性を示す図であ
る。図８に示すように、ファイバ断面内の寸法もコア径
に比例して変化させた。これにより、実用上好適な２μ
ｍ以上のＭＦＤ（モードフィールド径）が実現される。
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、コア径に対する依存性を示す図であ
る。図８に示すように、ファイバ断面内の寸法もコア径
に比例して変化させた。これにより、実用上好適な２μ
ｍ以上のＭＦＤ（モードフィールド径）が実現される。
【００５０】以上のように、実施の形態４に係る光ファ
イバによれば、短波長光、例えば、紫外線をシングルモ
ードで伝搬させることが可能となる。また、複数の空孔
を格子状に配列するとコア径が格子周期の整数倍に限定
されるのに対し、円周上の配列では、コア径を自由に設
定することが可能となる。このため、ＭＦＤ（モードフ
ィールド径）等に関し、所望の特性を実現することが可
能となる。また、ファイバ断面内における光のパワー分
布が実質的に円対称であるため、出射光パタンがファイ
バの向きに依存しない。このため、出射光を用いた加工
等が容易となる。
イバによれば、短波長光、例えば、紫外線をシングルモ
ードで伝搬させることが可能となる。また、複数の空孔
を格子状に配列するとコア径が格子周期の整数倍に限定
されるのに対し、円周上の配列では、コア径を自由に設
定することが可能となる。このため、ＭＦＤ（モードフ
ィールド径）等に関し、所望の特性を実現することが可
能となる。また、ファイバ断面内における光のパワー分
布が実質的に円対称であるため、出射光パタンがファイ
バの向きに依存しない。このため、出射光を用いた加工
等が容易となる。
【００５１】（実施の形態５）図９は、実施の形態５に
係る光ファイバの断面図である。図９に示すように、一
様な径の孔が六方格子状に配列されており、配列の中心
には孔の無い領域が存在してコア領域を形成している。
孔径ｄのピッチＬに対する比はｄ／Ｌ＝０．５であり、
半径方向の孔数は６である。
係る光ファイバの断面図である。図９に示すように、一
様な径の孔が六方格子状に配列されており、配列の中心
には孔の無い領域が存在してコア領域を形成している。
孔径ｄのピッチＬに対する比はｄ／Ｌ＝０．５であり、
半径方向の孔数は６である。
【００５２】図１０は、ピッチＬ＝０．４μｍとしたと
きの基底モードと高次モードのＭＦＤを示す。波長１５
０ｎｍ〜２５０ｎｍの帯域において、基底モードのＭＦ
Ｄは約０．５μｍと小さいのに対し、高次モードのＭＦ
Ｄは、ＭＦＤ＞０．９μｍと大きい。これは、基底モー
ドの光はコア領域に良く閉じ込められて導波されるのに
対し、高次モードの光はコア領域の外に漏れ出して実質
的に遮断されている状態、すなわち、シングルモードと
して動作していることを示す。一方、２５０ｎｍより長
波長側では、基底モードのＭＦＤも波長と共に増加して
いる。これは、コア領域への光閉じ込めの度合いが弱ま
って曲げ損失が増大していることを示している。すなわ
ち、曲げ損失の点で、実質的に使用不可能となってい
る。
きの基底モードと高次モードのＭＦＤを示す。波長１５
０ｎｍ〜２５０ｎｍの帯域において、基底モードのＭＦ
Ｄは約０．５μｍと小さいのに対し、高次モードのＭＦ
Ｄは、ＭＦＤ＞０．９μｍと大きい。これは、基底モー
ドの光はコア領域に良く閉じ込められて導波されるのに
対し、高次モードの光はコア領域の外に漏れ出して実質
的に遮断されている状態、すなわち、シングルモードと
して動作していることを示す。一方、２５０ｎｍより長
波長側では、基底モードのＭＦＤも波長と共に増加して
いる。これは、コア領域への光閉じ込めの度合いが弱ま
って曲げ損失が増大していることを示している。すなわ
ち、曲げ損失の点で、実質的に使用不可能となってい
る。
【００５３】図１１は、ピッチＬ＝０．７５μｍとした
ときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示す。波長１
５０ｎｍ〜２５０ｎｍの帯域にわたり、基底モードのＭ
ＦＤは１μｍと小さく、高次モードのＭＦＤは、ＭＦＤ
＞１．３μｍと大きいことから、この波長帯においてシ
ングルモードで動作していることが示されている。波長
４００ｎｍにおける曲げ損失は、曲げ径２０ｍｍにおい
て、１ｄＢ／ｍ以下を下回る大きさとなった。これは、
波長１５０ｎｍ〜４００ｎｍの帯域において、実質的に
使用可能であることを示している。
ときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示す。波長１
５０ｎｍ〜２５０ｎｍの帯域にわたり、基底モードのＭ
ＦＤは１μｍと小さく、高次モードのＭＦＤは、ＭＦＤ
＞１．３μｍと大きいことから、この波長帯においてシ
ングルモードで動作していることが示されている。波長
４００ｎｍにおける曲げ損失は、曲げ径２０ｍｍにおい
て、１ｄＢ／ｍ以下を下回る大きさとなった。これは、
波長１５０ｎｍ〜４００ｎｍの帯域において、実質的に
使用可能であることを示している。
【００５４】なお、本発明に係る光ファイバにおいて、
シリカガラスは、１０16分子／ｃｍ 3の水素を含む構成
を採ることもできる。
シリカガラスは、１０16分子／ｃｍ 3の水素を含む構成
を採ることもできる。
【００５５】これにより、紫外線に対する透明性を長期
間維持することが可能となる。水素は、そのままでは抜
けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡｒＦ
のレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定する。
固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてしまう
が、固定すると１年以上効果を維持することが可能とな
る。
間維持することが可能となる。水素は、そのままでは抜
けやすいものであるが、水素添加直後、ＫｒＦやＡｒＦ
のレーザを１０6パルス程度照射し、水素を固定する。
固定しない場合は、２００日以内に水素が抜けてしまう
が、固定すると１年以上効果を維持することが可能とな
る。
【００５６】また、以上の光ファイバにおいて、モード
フィールド径が、光の波長の３倍以上となるように設計
すると、ＭＦＤ（モードフィールド径）が大きく、ファ
イバコアにおける光パワー密度を低くすることができる
ため、パワーの高い光によるファイバの破損を回避する
ことが可能となる。このため、よりパワーの高い光を伝
送することが可能となる。また、出射光を絞って小さな
スポット径を実現することができるため、出射光のパワ
ー密度を高くすることが可能となる。その結果、アブレ
ーション等の加工性や蛍光分析における励起特性が良好
となる。
フィールド径が、光の波長の３倍以上となるように設計
すると、ＭＦＤ（モードフィールド径）が大きく、ファ
イバコアにおける光パワー密度を低くすることができる
ため、パワーの高い光によるファイバの破損を回避する
ことが可能となる。このため、よりパワーの高い光を伝
送することが可能となる。また、出射光を絞って小さな
スポット径を実現することができるため、出射光のパワ
ー密度を高くすることが可能となる。その結果、アブレ
ーション等の加工性や蛍光分析における励起特性が良好
となる。
【００５７】また、本発明に係る光ファイバは、半導体
露光縮小装置、モニタ光デリバリ、照射装置、医療用エ
キシマレーザ照射装置、分光分析装置、バイオテクノロ
ジーにおける細胞加工装置、及び材料加工装置などに適
用することが可能である。
露光縮小装置、モニタ光デリバリ、照射装置、医療用エ
キシマレーザ照射装置、分光分析装置、バイオテクノロ
ジーにおける細胞加工装置、及び材料加工装置などに適
用することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光フ
ァイバは、軸方向に対して垂直な断面に設けられ、シリ
カガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域を包
囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に設け
られ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数の空
孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の伝搬
モードがシングルモードであって、コア領域及びクラッ
ド領域は、前記波長の光を伝搬させる構成を採る。
ァイバは、軸方向に対して垂直な断面に設けられ、シリ
カガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域を包
囲するクラッド領域と、少なくともクラッド領域に設け
られ、シリカガラス中に所定の断面積を有する複数の空
孔を含む微細構造とを備え、波長４００ｎｍの光の伝搬
モードがシングルモードであって、コア領域及びクラッ
ド領域は、前記波長の光を伝搬させる構成を採る。
【００５９】この構成により、シングルモード動作を保
持した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで所定値
より小さい波長の光、例えば、紫外線を入射することが
できる。また、出射光は、シングルモードであって波面
が揃っており、ＮＡ（開口数）が高く、大きなＭＦＤで
も光学系の手段によって絞ることができるため、微細加
工や分析のための短波長光、例えば紫外線照射に必要な
高密度の光を提供することが可能となる。更に、従来の
紫外線伝送用光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出
射光学系装置を小型化し、光路長も短く設計することが
でき、加工装置の小型化を図ることが可能となる。
持した上で、従来の紫外線伝送用光ファイバよりもＭＦ
Ｄ（モードフィールド径）を大きくすることができるた
め、数ミクロン以上の実用的な大きさのＭＦＤで所定値
より小さい波長の光、例えば、紫外線を入射することが
できる。また、出射光は、シングルモードであって波面
が揃っており、ＮＡ（開口数）が高く、大きなＭＦＤで
も光学系の手段によって絞ることができるため、微細加
工や分析のための短波長光、例えば紫外線照射に必要な
高密度の光を提供することが可能となる。更に、従来の
紫外線伝送用光ファイバに比べてＮＡが高いため、入出
射光学系装置を小型化し、光路長も短く設計することが
でき、加工装置の小型化を図ることが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ファイバを用い
た加工装置の概念図である。
た加工装置の概念図である。
【図２】実施の形態１に係る光ファイバの断面図であ
る。
る。
【図３】実施の形態１に係る光ファイバに波長３６５ｎ
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、ピッチΛに対する依存性を示す図であ
る。
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、ピッチΛに対する依存性を示す図であ
る。
【図４】実施の形態２に係る光ファイバに２４８ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザを入射したときのＭＦＤ（モード
フィールド径）のピッチΛに対する依存性を示す図であ
る。
ＫｒＦエキシマレーザを入射したときのＭＦＤ（モード
フィールド径）のピッチΛに対する依存性を示す図であ
る。
【図５】実施の形態３に係る光ファイバの断面図であ
る。
る。
【図６】実施の形態３に係る光ファイバに対して、波長
３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ
（モードフィールド径）の、ピッチΛに対する依存性を
示す。
３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ
（モードフィールド径）の、ピッチΛに対する依存性を
示す。
【図７】実施の形態４に係る光ファイバの断面図であ
る。
る。
【図８】実施の形態４に係る光ファイバに波長３６５ｎ
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、コア径に対する依存性を示す図であ
る。
ｍの紫外線（ｉ線）を入射したときのＭＦＤ（モードフ
ィールド径）の、コア径に対する依存性を示す図であ
る。
【図９】実施の形態５に係る光ファイバの断面図であ
る。
る。
【図１０】実施の形態５において、ピッチＬ＝０．４μ
ｍとしたときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示
す。
ｍとしたときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示
す。
【図１１】実施の形態５において、ピッチＬ＝０．７５
μｍとしたときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示
す。
μｍとしたときの基底モードと高次モードのＭＦＤを示
す。
１…光ファイバ、２…入射端部、３…出射端部、４…レ
ーザ加工機、５…集光レンズ、６…スポット、ｄ…孔
径、Λ…ピッチ。
ーザ加工機、５…集光レンズ、６…スポット、ｄ…孔
径、Λ…ピッチ。
フロントページの続き (72)発明者 茂木 昌春 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H050 AB10Z AB14Z AC62 AD11 4G062 AA06 BB02 LA08 LA10 LB08 LB10 NN16
Claims (12)
- 【請求項１】 軸方向に対して垂直な断面に設けられ、
シリカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア領域
を包囲するクラッド領域と、 少なくとも前記クラッド領域に設けられ、シリカガラス
中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む微細構造と
を備え、 波長４００ｎｍの光の伝搬モードがシングルモードであ
って、前記コア領域及びクラッド領域は、前記波長の光
を伝搬させることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項２】 前記シリカガラスは、モル比率が１０ｐ
ｐｍ以上のヒドロキシル基、又は重量濃度が０．２％以
上のフッ素を含むことを特徴とする請求項１記載の光フ
ァイバ。 - 【請求項３】 前記複数の空孔は、前記断面上で六方格
子状に配列され、前記空孔の直径ｄと隣接する空孔間の
ピッチΛとの間に、 ｄ／Λ≦０．２、又は、Λ≦２．３５ｄ／Λ＋０．５ なる関係が成立することを特徴とする請求項１記載の光
ファイバ。 - 【請求項４】 前記複数の空孔は、前記断面上で正方格
子状に配列され、前記空孔の直径ｄと隣接する空孔間の
ピッチΛとの間に、 Λ≦−１０（ｄ／Λ）2＋１０（ｄ／Λ）−１．１ なる関係が成立することを特徴とする請求項１記載の光
ファイバ。 - 【請求項５】 前記複数の空孔は、前記断面上でファイ
バ軸を中心とする同心円の円周上に配列されていること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項６】 波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの範囲
内の所定波長において、モードフィールド径が、前記波
長の３倍以上であることを特徴とする請求項１記載の光
ファイバ。 - 【請求項７】 前記コア領域は、重量濃度が０．２％以
上のフッ素又は、モル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキ
シル基とを含むことを特徴とする請求項６記載の光ファ
イバ。 - 【請求項８】 前記コア領域は、１０16分子／ｃｍ3以
上の水素を含むことを特徴とする請求項６記載の光ファ
イバ。 - 【請求項９】 軸方向に対して垂直な断面に設けられ、
空孔により形成されたコア領域、及びシリカガラスで形
成され前記コア領域を包囲するクラッド領域と、 前記クラッド領域に設けられ、シリカガラス中に所定の
断面積を有する複数の空孔を含む微細構造とを備え、 前記シリカガラスは、少なくともクラッドモード部にモ
ル比率が１０ｐｐｍ以上のヒドロキシル基、重量濃度が
０．２％以上のフッ素、又は１０16分子／ｃｍ 3の水素
の少なくとも一つを含み、波長が１５０ｎｍから４００
ｎｍの光を伝搬可能なモードの数が１又は２であり、 開口数が０．１８以上であって、前記コア領域及びクラ
ッド領域は、１５０ｎｍから４００ｎｍの波長の光を伝
搬させることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項１０】 軸方向に対して垂直な断面に設けら
れ、シリカガラスで形成されたコア領域、及びこのコア
領域を包囲するクラッド領域と、 少なくとも前記クラッド領域に設けられ、シリカガラス
中に所定の断面積を有する複数の空孔を含む微細構造と
を備え、 前記コア領域及びクラッド領域は、波長が１５０ｎｍか
ら４００ｎｍの光を伝搬させることを特徴とする光ファ
イバ。 - 【請求項１１】 前記シリカガラスは、１０16分子／ｃ
ｍ3以上の水素を含むことを特徴とする請求項１記載の
光ファイバ。 - 【請求項１２】 請求項１から請求項１１のいずれかに
記載の光ファイバと、前記光ファイバの出射端に配置さ
れた集光レンズとを備えたレーザ加工機。
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|---|---|---|---|
| JP2001014817A JP2002214466A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 光ファイバ |
| US10/052,494 US6608955B2 (en) | 2001-01-23 | 2002-01-23 | Optical fiber and laser machining apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014817A JP2002214466A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 光ファイバ |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2002214466A (ja) |
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- 2001-01-23 JP JP2001014817A patent/JP2002214466A/ja active Pending
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2002
- 2002-01-23 US US10/052,494 patent/US6608955B2/en not_active Expired - Fee Related
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