JP2004294654A - Optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ファイバとして、例えば特許文献１に開示されているように、ファイバ中心軸の周囲に多数の空孔が形成されたものがよく知られている。この文献に記載された光ファイバでは、ファイバの中心部で屈折率が最も大きくなるグレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイル構造となるように、上記空孔を外周側ほど間隔が狭くなるように配列している。この光ファイバは、高帯域通信用（波長帯８９０〜１６００ｎｍ）のマルチモードファイバとして構成されたものであり、コア径が１００μｍと示されていることから、標準の通信用ファイバを意図した構成となっている。標準の通信用ファイバは、一般にコア径が５０〜１００μｍ、ファイバ径が１２５μｍとされている。そして、コアの中心部での屈折率が約１．４５７５であり、クラッドの屈折率が約１．４３であると読み取れることから、この光ファイバの開口数（ＮＡ）は０．２８程度に設定されていると推定される。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第１１９９５８１号明細書（第９ａ，９ｂ図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは信号の伝送用として構成された光ファイバであるために、この種の光ファイバによってレーザー光等のハイパワー光を伝送することは想定されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバによってハイパワー用の光ファイバを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、多数の空孔が形成された光伝搬領域を構成する多孔部の実効屈折率を山形の分布構造とし、この多孔部の周囲にクラッド部を形成するようにしたものである。
【０００７】
具体的に、請求項１の発明は、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバを前提として、上記多孔部の周囲には、ファイバ半径方向に所定の厚さを有し且つ上記多孔部の最外周部位における実効屈折率と同等でファイバ半径方向に実効屈折率が略一定のクラッド部が形成され、上記多孔部は、光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされている。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、クラッド部の直径は、多孔部の直径の１１０％以上の大きさとされている。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、多孔部の単位体積当たりの空隙率は、外周側ほど大きくなっており、クラッド部は、上記多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように多数の空孔が形成されてなる。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１から３の何れか１項の発明において、クラッド部の周囲には被覆部が設けられている。
【００１１】
また、請求項５の発明は、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバを前提として、上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送するために用いられるか、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０６ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送するために用いられるように構成されている。
【００１２】
また、請求項６の発明は、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバを前提として、上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送するために用いられるように構成されている。
【００１３】
また、請求項７の発明は、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバを前提として、上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、開口数は０．２２以下とされている。
【００１４】
また、請求項８の発明は、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバを前提として、上記多孔部の外側にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、上記多孔部の直径は、１００μｍよりも大きい。
【００１５】
また、請求項９の発明は、請求項５から８の何れか１項の発明において、多孔部は、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっている。
【００１６】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明において、多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなっている。
【００１７】
また、請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、上記クラッド部の空孔は、多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されている。
【００１８】
また、請求項１２の発明は、請求項９の発明において、多孔部は、同心円周上に配列される空孔数が外周側ほど多くなっている。
【００１９】
また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、クラッド部は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率になるように且つ多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように多数の空孔が形成されてなる。
【００２０】
すなわち、請求項１の発明では、多孔部は、その最外周部位においてクラッド部の屈折率と同等の屈折率となるように、その実効屈折率の分布構造がファイバ横断面内における中央部が高くファイバ半径方向外側に向かって低くなる山形に形成されているために、中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。特に、レーザー光を伝送する場合には、実効屈折率を山形の分布構造とすることによりレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００２１】
また、空孔の配列によって上記山形の屈折率分布を形成するようにしたので、屈折率を変えるためのドーパントを多孔部にドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００２２】
また、多孔部の周囲に、ファイバ半径方向に所定の厚さを有するクラッド部を設けているので、光は多孔部によって形成される光伝搬領域に確実に閉じ込められて伝搬する。そして、所定厚さのクラッド部が形成されることで、例えばハイパワーのレーザー光を伝送する場合においても、このレーザー光を光伝搬領域に確実に閉じ込めて伝搬させることができる。
【００２３】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００２４】
また、請求項２の発明では、クラッド部の直径を多孔部の直径の１１０％以上の値に設定しているので、ハイパワーの光を伝送する場合にも、光を確実に多孔部に閉じ込めることができ、これにより、伝送損失を低減することができる。
【００２５】
また、請求項３の発明では、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空孔内の空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。また、クラッド部には多数の空孔が設けられており、これら空孔は、多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように配列されている。このため、クラッド部の実効屈折率は多孔部における最外周部位の実効屈折率、すなわち多孔部における最も低い実効屈折率と同等となる。
【００２６】
したがって、多孔部の空隙率を外周側ほど大きくなるように形成するとともにクラッド部の空隙率をこの多孔部の最外周部位における空隙率と同等にすることにより、多孔部の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に容易にすることができるとともに、クラッド部の実効屈折率を多孔部の最外周部位における実効屈折率に確実に合わせることができる。
【００２７】
また、請求項４の発明では、クラッド部の外側に被覆部を設けるようにしたので、クラッド部の表面が保護され、これにより、ファイバ強度を向上することができる。特に、クラッド部に多数の空孔が形成される場合には、クラッド部の強度が低下する傾向にあるので、被覆部を形成することは非常に有効となる。
【００２８】
また、請求項５の発明では、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているために、この中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーのレーザー光の伝送に適したものとすることができる。そして、実効屈折率を山形の分布構造とすることで、レーザー光の伝送時においてはレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。
【００２９】
また、空孔を配列によって上記山形の屈折率分布を形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融してしまうのを抑止できる。
【００３０】
したがって、パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送する目的の光ファイバ、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０６ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送する目的の光ファイバに好適なものとすることができる。
【００３１】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量をファイバ半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００３２】
また、請求項６の発明では、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山側の分布構造とされているために、この中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。特に、レーザー光を伝送する場合には、実効屈折率を山形の分布構造とすることでレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。
【００３３】
また、上記山形の屈折率分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、多孔部を構成する材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融してしまうのを抑止することができる。
【００３４】
したがって、波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送する目的の光ファイバに好適なものとすることができる。
【００３５】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００３６】
また、請求項７の発明では、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００３７】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００３８】
そして、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００３９】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００４０】
また、請求項８の発明では、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。
【００４１】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。そして、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくすることにより、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減され、この結果、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００４２】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００４３】
また、請求項９の発明では、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形分布に確実にすることができる。
【００４４】
また、請求項１０の発明では、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００４５】
また、請求項１１の発明では、クラッド部に、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、光ファイバの外周近傍に配置される空孔が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部に多数の空孔が設けられる場合においても、空孔を小さくすることでこの空孔が存在することによる光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００４６】
また、請求項１２の発明では、多孔部は、同心円周上に配置される空孔の数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ半径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ半径方向に空隙率を変化させることができる。
【００４７】
また、請求項１３の発明では、ファイバ半径方向の実効屈折率が略一定となるように多数の空孔がクラッド部に形成され、この空孔は多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように配列されている。したがって、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る光ファイバ１０は、ハイパワー光の伝送用として用いられるものであり、多数の空孔１２ａが形成された多孔部１２と、この多孔部１２の周囲に形成された円筒状のクラッド部１４と、このクラッド部１４の外側に形成された被覆部１８とを備え、この光ファイバ１０は、その全体が純粋な石英からなる。この光ファイバ１０の外径は例えば３７５μｍとされている。
【００５０】
上記多孔部１２は、ファイバ中心軸方向に延びるように形成されており、上記空孔１２ａ，１２ａ，…は、いずれもほぼ同じ直径を有する円形断面状に形成され、これら空孔１２ａ，１２ａ，…はファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有して配列されており、この多孔部１２はファイバ中心軸と同心に円環状に形成されている。言い換えると、多孔部１２は、ファイバ中心軸上に位置し、上記空孔１２ａ，１２ａ，…が形成されていない空孔非形成部１２ｂと、この空孔非形成部１２ｂの周囲において多数の空孔１２ａ，１２ａ，…が配設される空孔形成部１２ｃとからなる。
【００５１】
上記空孔形成部１２ｃでは、ファイバ中心軸を中心とした同心円周上に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…の数は、内周側が最も少なく、外周側に向かって増大している。そして、この同心円周上における空隙率は、中央部において最も低く、外周側に向かって次第に増大している。この空隙率とは、空孔形成部１２ｃの単位体積当たりに空孔１２ａの体積が占める割合を差している。
【００５２】
上記多孔部１２の直径は、例えば３００μｍとされている。なお、多孔部１２の直径は１００μｍよりも大きいのが望ましい。また、多孔部１２の外径は２０００μｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
上記クラッド部１４には、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有するように配列されている。このクラッド部１４の各空孔１４ａは、何れも上記多孔部１２の空孔１２ａとほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されており、同一円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…は外周側ほど多くなっている。そして、クラッド部１４の空隙率は、上記空孔形成部１２ｃの最外周側の部位における空隙率と同等とされ、且つこの空隙率はファイバ半径方向に略一定とされている。
【００５４】
クラッド部１４の直径は、多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさに設定されている。例えばクラッド部１４の直径は、３４５μｍとされており、本実施形態では、クラッド部１４の直径は、上記多孔部１２の直径（３００μｍ）に対して１１５％の値となっている。
【００５５】
上記多孔部１２及びクラッド部１４の各空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向に沿ってその全体に亘って連続して延びている。なお、これらの空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向にその全体に亘って連続して形成される構成に限られるものではなく、その途中に途切れる部分があってもよく、あるいは、空孔１２ａ，１４ａは気泡状に形成されるものであってもよい。
【００５６】
上記被覆部１８は、多孔部１２を被覆保護する機能を果たす。
【００５７】
図２に示すように、多孔部１２の実効屈折率は、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイルに構成されている。すなわち、多孔部１２の実効屈折率の分布構造は、ファイバ横断面における中央部の実効屈折率が最も高く、半径方向外側に向かって次第に低くなる山形の分布とされている。これは、上述の如く、多孔部１２の空隙率が上記中央部において最も低く、且つ外周側に向かうに従って次第に増大していることによるものである。
【００５８】
上記クラッド部１４の実効屈折率は、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率と同等の屈折率とされている。これは、上述の如く、クラッド部１４の空隙率が、多孔部１２の最外周側の部位における空隙率とほぼ同じ空隙率とされていることによるものである。そして、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように配列されている。
【００５９】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、その開口数（ＮＡ）が０．２２以下に設定されている。なお、この開口数は、多孔部１２の中央部における実効屈折率と、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率とから導出される開口数を差している。
【００６０】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送するために用いられるか、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０６ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送するために用いられるものである。なお、本実施形態に係る光ファイバ１０は、波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送するために用いてもよい。この場合、例えば伝送される光は、８００ｎｍ帯、５３３ｎｍ、３３５ｎｍ、２６６ｎｍ等の波長のものが該当する。
【００６１】
本実施形態１に係る光ファイバ１０によれば、多孔部１２の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造に形成されているために、上記中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとなっている。特に、本実施形態に係る光ファイバ１０はレーザー光を伝送するために用いられるものであり、山形分布の屈折率プロファイルにすることにより、図外のレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができる。このため、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制でき、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとなっている。
【００６２】
また、空孔１２ａ，１２ａ，…の配列によって山形の屈折率分布構造を形成するようにしたので、多孔部１２にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部１２を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部１２を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００６３】
また、本実施形態１では、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバ１０から出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。この結果、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、例えば加工対象物の溶け込み深さを深くできる。したがって、開口数を０．２２以下とすることによってもレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００６４】
また、本実施形態１では、多孔部１２の外径を１００μｍよりも大きくしているので、ハイパワーのレーザー光の伝送が可能となっている。すなわち、外径を１００μｍよりも大きくすることで多孔部１２を伝搬する光のエネルギー密度を低減することができ、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも、多孔部１２を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００６５】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の直径を多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさとしているので、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合に、このレーザー光を確実に多孔部１２に閉じ込めることができ、伝送損失を低減することができる。
【００６６】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の外側に被覆部１８を設けるようにしたので、クラッド部１４の表面が保護され、ファイバ強度を向上することができる。特に、本実施形態では、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…が形成されているが、この場合であってもクラッド部１４の強度低下を抑制できるので、被覆部１８を形成することは非常に有効となる。
【００６７】
また、多孔部１２の単位体積当たりの空隙率を外周側ほど大きくしているので、多孔部１２を形成する材料（石英）の屈折率と空孔１２ａ，１２ａ，…内の空気の屈折率とから導出される多孔部１２の実効屈折率を外周側ほど低くすることができ、これにより、多孔部１２の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に容易にすることができる。また、クラッド部１４では、多孔部１２の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように空孔１４ａ，１４ａ，…を配列しているため、クラッド部１４の実効屈折率を、多孔部１２における最外周部位の実効屈折率、すなわち多孔部１２における最も低い実効屈折率に確実に合わせることができる。
【００６８】
また、光ファイバ１０の製造時においては、同じサイズの空孔１２ａ，１４ａを形成すべく、図示省略するが同じサイズ（同一内径及び厚み）のキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。また、ドーパントが不要となるために、光ファイバ１０の製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化することができるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００６９】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２を示す。尚、ここでは、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
この実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が外周側ほど大きくなる形態で構成されている。すなわち、実施形態１では、空孔１２ａ，１２ａ，…の大きさをそのままとして同心円周上における空孔１２ａ，１２ａ，…の数を外周側ほど増大させることにより空隙率を増大させるようにしたが、本実施形態２では、外周側ほど各空孔１２ａが大きくなる構成とすることにより、同心円周上における空隙率が外周側ほど増大する構成とされている。言い換えると、本実施形態２では、内周側ほど各空孔１２ａの大きさが小さくなっている。
【００７１】
本実施形態２においても、上記実施形態１と同様に多孔部１２の屈折率は、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造となっている。
【００７２】
クラッド部１４には、多孔部１２における最外周側の空孔１２ａ，１２ａ，…とほぼ同じ大きさ空孔１４ａ，１４ａ，…が多数形成されており、このクラッド部１４の最内周側の部位には、多孔部１２における最外周側の部位における空孔数とほぼ同数の空孔１４ａ，１４ａ，…が配置されている。そして、クラッド部１４では、同心円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が外周側ほど増大するように設けられ、空隙率がファイバ半径方向に略一定となっている。このことでクラッド部１４の実効屈折率は、ファイバ半径方向に略一定となっている。
【００７３】
したがって、本実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…が小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置された空孔１２ａ，１２ａ，…による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００７４】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態１と同様である。
【００７５】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３を示す。尚、ここでは、実施形態２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７６】
この実施形態３では、多孔部１２の構成を実施形態２と同様とする一方、クラッド部１４の構成を実施形態２と異なるものとしている。具体的に、クラッド部１４は、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列されていて、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、何れもほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されている。そして、これらの空孔１４ａ，１４ａ，…の大きさは、上記多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりは小さく形成されている。一方、クラッド部１４の最内周部位における空孔数は、クラッド部１４の空隙率が上記多孔部１２の最外周側の部位における空隙率と同等になるように、多孔部１２の最外周部位における空孔数よりも多くなっている。また、同心円周上に配置される空孔数は、空隙率がファイバ半径方向に略一定となるように外周側ほど多くなっている。
【００７７】
したがって、本実施形態３では、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率となるように配列されるとともに、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…を多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりも小さく形成したので、光ファイバ１０の外周部近傍に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…を設けたとしても、この空孔１４ａ，１４ａ，…の存在による光ファイバ１０の強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバ１０として必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバ１０を得ることができる。
【００７８】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態２と同様である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。すなわち、請求項１の発明の光ファイバによれば、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布としたので、この中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。特に、レーザー光を伝送する場合には、出射時の散乱を抑制して出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００８０】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、ドーパントが不要となり、多孔部を構成する材料の純度を高めることができて、融点が下がるのを防止できる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部の構成材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００８１】
また、多孔部の外側にファイバ半径方向に所定厚さを有するクラッド部を設けているので、例えばハイパワーのレーザー光を伝送する場合においても、このレーザー光を多孔部によって形成される光伝搬領域に確実に閉じ込めて伝搬させることができる。この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００８２】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００８３】
また、請求項２の発明によれば、クラッド部の直径を多孔部の直径の１１０％以上の大きさとしたので、ハイパワーの光を伝送する場合にも、光を確実に多孔部に閉じ込めることができ、伝送損失を低減することができる。
【００８４】
また、請求項３の発明によれば、多孔部を外周側ほど空隙率が大きくなるように形成するとともにクラッド部の空隙率をこの多孔部の最外周部位における空隙率と同等にするようにしたので、多孔部の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に容易にすることができるとともに、クラッド部の実効屈折率を多孔部の最外周部位における実効屈折率に確実に合わせることができる。
【００８５】
また、請求項４の発明によれば、クラッド部の外側に被覆部を設けるようにしたので、クラッド部の表面が保護され、ファイバ強度を向上することができる。特に、クラッド部に多数の空孔が形成される場合には、クラッド部の強度が低下する傾向にあるので、被覆部を形成することは非常に有効となる。
【００８６】
また、請求項５〜８の発明によれば、多孔部の実効屈折率を山形分布としたので、ファイバ横断面における中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。また、空孔の配列によって山形の分布構造を形成するようにしたので、ドーパントが不要となって多孔部を構成する材料の純度を高めることができ、融点が下がるのを防止できる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部の構成材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００８７】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００８８】
さらに、請求項５の発明では、屈折率分布を山形分布とすることでレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱を抑制して出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００８９】
また、請求項７の発明では、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００９０】
また、請求項８の発明では、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくしているので、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減されるために、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００９１】
また、請求項９の発明によれば、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなるように形成されているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に確実にすることができる。
【００９２】
また、請求項１０の発明によれば、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００９３】
また、請求項１１の発明によれば、クラッド部に、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、クラッド部に多数の空孔を設けたとしても、この空孔による光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００９４】
また、請求項１２の発明によれば、多孔部は、同心円周上に配置される空孔数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ径方向に空隙率を変化させることができる。したがって、光ファイバの製造時において同じサイズのキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。
【００９５】
また、請求項１３の発明によれば、クラッド部において、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように且つ多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように空孔を配列しているので、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る光ファイバを示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る光ファイバの端面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における実効屈折率を示す特性図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態２に係る光ファイバの端面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における実効屈折率を示す特性図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態３に係る光ファイバの端面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＶ−ＩＶ線における実効屈折率を示す特性図である。
【符号の説明】
１２ 多孔部
１２ａ 空孔
１４ クラッド部
１４ａ 空孔
１８ 被覆部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber having a porous portion in which a large number of holes are arranged and extending in the central axis direction of the fiber.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical fiber, one having a large number of holes formed around a central axis of the fiber, as disclosed in Patent Document 1, for example, is well known. In the optical fiber described in this document, the holes are arranged such that the gap becomes narrower toward the outer periphery so as to have a graded index type (GI type) profile structure in which the refractive index is the largest at the center of the fiber. They are arranged. This optical fiber is configured as a multimode fiber for high-bandwidth communication (wavelength band 890 to 1600 nm), and has a core diameter of 100 μm. Has become. The standard communication fiber generally has a core diameter of 50 to 100 μm and a fiber diameter of 125 μm. Since the refractive index at the center of the core is about 1.4575 and the refractive index of the cladding is about 1.43, the numerical aperture (NA) of this optical fiber is set to about 0.28. It is estimated that it is.
[0003]
[Patent Document 1]
European Patent Application Publication No. 1199581 (FIGS. 9a and 9b)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the above-mentioned conventional one is an optical fiber configured for signal transmission, transmission of high-power light such as laser light by this kind of optical fiber is not assumed.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an optical fiber for high power by using an optical fiber having a porous portion extending in the central axis direction of the fiber in which a large number of holes are arranged. To realize an optical fiber.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the effective refractive index of a porous portion forming a light propagation region in which a large number of holes are formed is a mountain-shaped distribution structure, and a cladding portion is formed around the porous portion. It is like that.
[0007]
Specifically, the invention according to claim 1 is directed to a fiber central axis direction in which a large number of holes arranged in an annular shape concentrically with the fiber central axis are formed at predetermined intervals in the fiber cross section. Assuming that the optical fiber has an extending porous portion, the periphery of the porous portion has a predetermined thickness in the fiber radial direction and is equal to the effective refractive index at the outermost peripheral portion of the porous portion in the fiber radial direction. A cladding part having an effective refractive index substantially constant is formed, the porous part is formed as a light propagation region through which light propagates, and the effective refractive index of the porous part is higher at a central part in a cross section of the fiber and is radially outward. It has a mountain-shaped distribution structure that decreases toward.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the diameter of the cladding is 110% or more of the diameter of the porous part.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the porosity per unit volume of the porous portion is increased toward the outer peripheral side, and the clad portion is a unit in the outermost peripheral portion of the porous portion. A large number of pores are formed so as to have a porosity equal to the porosity per volume.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a covering portion is provided around the cladding portion.
[0011]
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that a plurality of holes are formed at a predetermined interval in the cross section of the fiber so as to be concentric with the center axis of the fiber and are formed in a ring shape. Assuming an optical fiber having a portion, a cladding portion is formed around the perforated portion, the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates, and the effective refractive index of the perforated portion is a fiber. It has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section is high toward the outside in the radial direction, and is used to transmit a laser consisting of continuous light having a power of 1 kilowatt or more, or energy per square millimeter. 1 × 10 6 It is configured to be used to transmit a laser consisting of pulse light of joules or more.
[0012]
The invention according to claim 6 is directed to a fiber extending in the central axis direction of the fiber, in which a large number of holes arranged concentrically with the central axis of the fiber are formed at predetermined intervals in the cross section of the fiber and formed in an annular shape. Assuming an optical fiber having a portion, a cladding portion is formed around the perforated portion, the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates, and the effective refractive index of the perforated portion is a fiber. It has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section is high toward the outside in the radial direction and is configured to be used for transmitting light having a wavelength of less than 890 nm.
[0013]
Further, the invention according to claim 7 is characterized in that a plurality of holes arranged in a ring concentrically with the center axis of the fiber are formed at predetermined intervals in the cross section of the fiber and extend in the center axis direction of the fiber. Assuming an optical fiber having a portion, a cladding portion is formed around the perforated portion, the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates, and the effective refractive index of the perforated portion is a fiber. The central portion in the cross section has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion is high toward the outside in the radial direction, and the numerical aperture is 0.22 or less.
[0014]
The invention according to claim 8 is directed to a multi-hole extending in the fiber central axis direction in which a large number of holes arranged concentrically with the fiber central axis are formed at predetermined intervals in the cross section of the fiber. Assuming an optical fiber having a portion, a cladding portion is formed outside the porous portion, the porous portion is formed as a light propagation region in which light propagates, and the effective refractive index of the porous portion is a fiber. The central part in the cross section has a mountain-shaped distribution structure in which the central part is high and becomes low toward the outside in the radial direction, and the diameter of the porous part is larger than 100 μm.
[0015]
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the fifth to eighth aspects, the porosity of the porous portion per unit volume increases toward the outer periphery.
[0016]
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the pores are smaller as the holes are arranged on the inner peripheral side.
[0017]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the cladding portion has a large number of holes formed so as to have a substantially constant effective refractive index in the fiber radial direction. Are formed smaller than the holes at the outermost peripheral portion of the porous portion.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, in the porous portion, the number of holes arranged on the concentric circle increases toward the outer peripheral side.
[0019]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the clad portion has a substantially constant effective refractive index in the radial direction of the fiber and is equal to the porosity per unit volume at the outermost periphery of the porous portion. A large number of holes are formed so as to have a porosity of.
[0020]
In other words, according to the first aspect of the present invention, the effective refractive index distribution structure of the porous portion has a high central portion in the fiber cross section so that the outermost peripheral portion has a refractive index equivalent to the refractive index of the cladding portion. Since it is formed in the shape of a mountain that becomes lower toward the outer side in the radial direction of the fiber, the light intensity at the central portion can be increased, and it can be suitable for high-power optical transmission. In particular, when transmitting laser light, the laser beam can be propagated while maintaining the beam pattern when entering from the laser oscillator by making the effective refractive index a mountain-shaped distribution structure. Scattering is suppressed, and power loss of emitted light can be suppressed. This makes it particularly suitable for transmitting high-power laser light.
[0021]
Further, since the above-mentioned peak-shaped refractive index distribution is formed by the arrangement of the holes, it is not necessary to dope the porous portion with a dopant for changing the refractive index. For this reason, since the purity of the material constituting the porous portion can be increased, it is possible to prevent the melting point of the material from lowering. Thereby, even when transmitting high-power light having a high energy density, melting of the material forming the porous portion is suppressed, and from this point, it can be made suitable for transmitting high-power light.
[0022]
In addition, since the clad portion having a predetermined thickness in the radial direction of the fiber is provided around the perforated portion, light is reliably confined and propagated in the light propagation region formed by the perforated portion. By forming the clad portion having the predetermined thickness, for example, even when transmitting high-power laser light, the laser light can be reliably confined and propagated in the light propagation region.
[0023]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, the diameter of the cladding is set to be equal to or more than 110% of the diameter of the porous part. Therefore, even when transmitting high-power light, the light is reliably confined in the porous part. Therefore, transmission loss can be reduced.
[0025]
According to the third aspect of the present invention, since the porosity per unit volume of the porous portion is increased toward the outer periphery, the porosity is derived from the refractive index of the material forming the porous portion and the refractive index of air in the pores. The effective refractive index of the porous portion becomes lower toward the outer periphery. Further, a large number of holes are provided in the clad portion, and these holes are arranged so as to have a porosity equal to the porosity per unit volume in the outermost peripheral portion of the porous portion. Therefore, the effective refractive index of the clad portion is equal to the effective refractive index of the outermost peripheral portion of the porous portion, that is, the lowest effective refractive index of the porous portion.
[0026]
Therefore, by forming the porosity of the porous portion to be larger toward the outer peripheral side and making the porosity of the clad portion equal to the porosity of the outermost peripheral portion of the porous portion, the effective refractive index of the porous portion is crossed with the fiber. It is possible to easily achieve a mountain-shaped distribution structure in which the central portion of the surface is high and becomes lower toward the outside in the radial direction, and the effective refractive index of the clad portion can be surely matched with the effective refractive index of the outermost peripheral portion of the porous portion.
[0027]
Further, in the invention according to claim 4, since the covering portion is provided outside the cladding portion, the surface of the cladding portion is protected, whereby the fiber strength can be improved. In particular, when a large number of holes are formed in the clad portion, the strength of the clad portion tends to decrease, so that forming the covering portion is very effective.
[0028]
According to the fifth aspect of the present invention, since the effective refractive index of the porous portion has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher in the central portion and becomes lower toward the outer side in the radial direction, the light intensity at the central portion is reduced. It can be strengthened and can be suitable for transmitting high-power laser light. By making the effective refractive index a mountain-shaped distribution structure, the laser light can be propagated while transmitting the laser light while maintaining the beam pattern when the laser light is transmitted from the laser transmitter. And the power loss of the emitted light can be suppressed.
[0029]
In addition, since the above-mentioned peak-shaped refractive index distribution is formed by arranging the holes, it is not necessary to dope the porous portion with a dopant. For this reason, since the purity of the material constituting the porous portion can be increased, it is possible to prevent the melting point of the material from lowering. Thereby, even when transmitting a high-power laser beam having a high energy density, it is possible to prevent the material forming the porous portion from being melted.
[0030]
Therefore, an optical fiber for transmitting a laser consisting of continuous light having a power of 1 kilowatt or more, or an energy of 1 × 10 3 per square millimeter is required. 6 It can be suitable for an optical fiber for transmitting a laser composed of pulse light of joules or more.
[0031]
Further, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction of the fiber in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0032]
According to the invention of claim 6, since the effective refractive index of the porous portion has a mountain-side distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher in the central portion and lower toward the outside in the radial direction, the light intensity at the central portion is reduced. It can be strengthened and can be suitable for high-power optical transmission. In particular, when transmitting laser light, the effective refractive index has a mountain-shaped distribution structure, so that the laser light can be propagated while maintaining the beam pattern when entering from the laser transmitter. Scattering is suppressed, and power loss of emitted light can be suppressed.
[0033]
In addition, since the mountain-shaped refractive index distribution structure is formed by arrangement of holes, it is not necessary to dope the porous portion with a dopant. For this reason, since the purity of the material constituting the porous portion can be increased, the melting point of the material constituting the porous portion can be prevented from lowering. Thereby, even when transmitting high-power laser light, it is possible to prevent the material forming the porous portion from melting.
[0034]
Therefore, it can be suitable for an optical fiber for transmitting light having a wavelength of less than 890 nm.
[0035]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0036]
In the invention according to claim 7, since the effective refractive index of the porous portion has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is high and becomes low toward the outside in the radial direction, for example, when transmitting laser light, Since the laser beam can be propagated while maintaining the beam pattern at the time of incidence from the laser transmitter, scattering at the time of emission can be suppressed, and power loss of the emitted light can be suppressed. This makes it particularly suitable for transmitting high-power laser light.
[0037]
Further, since the mountain-shaped distribution structure is formed by the arrangement of holes, it is not necessary to dope the porous portion with a dopant. For this reason, since the purity of the material constituting the porous portion can be increased, it is possible to prevent the melting point of the material from lowering. Thereby, even when transmitting high-power laser light, melting of the material constituting the porous portion is suppressed, and from this point, the material can be made suitable for transmitting high-power light.
[0038]
Since the numerical aperture is set to 0.22 or less, diffusion of light emitted from the optical fiber can be suppressed reliably, and light can be collected even if a small lens system is used on the emission side. It will be easier. Therefore, the energy density of the outgoing light can be increased, which can be suitable for transmitting the laser light.
[0039]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0040]
Further, in the invention of claim 8, since the effective refractive index of the porous portion has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is high and becomes lower toward the outside in the radial direction, for example, when transmitting laser light, Since the laser beam can be propagated while maintaining the beam pattern at the time of incidence from the laser transmitter, scattering at the time of emission can be suppressed, and power loss of the emitted light can be suppressed.
[0041]
Further, since the mountain-shaped distribution structure is formed by the arrangement of holes, it is not necessary to dope the porous portion with a dopant. For this reason, since the purity of the material constituting the porous portion can be increased, it is possible to prevent the melting point of the material from lowering. By making the outer diameter of the porous portion larger than 100 μm, the energy density of light propagating through the porous portion is reduced, and as a result, even when transmitting high-power laser light, the material constituting the porous portion is reduced. Melting can be suppressed. From this point as well, it can be suitable for transmitting high-power laser light.
[0042]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0043]
According to the ninth aspect of the present invention, since the porosity per unit volume of the porous portion becomes larger toward the outer periphery, the porosity of the porous portion derived from the refractive index of the material forming the porous portion and the refractive index of air is increased. The effective refractive index becomes lower toward the outer periphery. Therefore, the distribution structure of the effective refractive index of the porous portion can be ensured to have a mountain-shaped distribution in which the central portion in the cross section of the fiber is higher and becomes lower toward the radially outer side.
[0044]
According to the tenth aspect of the present invention, since the pores in the porous portion are smaller on the inner peripheral side, the pores located closer to the center where light with a high energy density propagates are more likely to be located. It is formed small. For this reason, scattering of light due to holes arranged in a region where light of high energy density propagates can be suppressed, and transmission loss of light can be reduced.
[0045]
According to the eleventh aspect of the present invention, the holes are arranged in the clad portion so as to have a substantially constant effective refractive index in the fiber radial direction, and the holes in the clad portion are formed in the outermost peripheral portion of the porous portion. Since the holes are formed smaller, the holes arranged near the outer periphery of the optical fiber are formed smaller. For this reason, even when a large number of holes are provided in the clad portion, by reducing the size of the holes, it is possible to suppress a decrease in the strength of the optical fiber due to the presence of the holes. Therefore, the required strength of the optical fiber can be easily secured, and an optical fiber that can be easily handled can be obtained.
[0046]
In the twelfth aspect of the present invention, the porous portion has a configuration in which the number of holes arranged on the concentric circumference increases toward the outer periphery, so that the fiber does not need to be changed in the radial direction of the fiber. The porosity can be changed in the radial direction.
[0047]
In the invention of claim 13, a large number of holes are formed in the clad portion so that the effective refractive index in the radial direction of the fiber is substantially constant, and the holes are voids per unit volume in the outermost peripheral portion of the porous portion. It is arranged so that the porosity is equal to the porosity. Therefore, the effective refractive index of the clad portion can be reliably adjusted to the lowest effective refractive index of the porous portions.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0049]
As shown in FIG. 1, an
[0050]
The
[0051]
In the
[0052]
The diameter of the
[0053]
In the
[0054]
The diameter of the clad
[0055]
Each of the
[0056]
The covering
[0057]
As shown in FIG. 2, the effective refractive index of the
[0058]
The effective refractive index of the clad
[0059]
The numerical aperture (NA) of the
[0060]
The
[0061]
According to the
[0062]
Further, since the mountain-shaped refractive index distribution structure is formed by the arrangement of the
[0063]
Further, in the first embodiment, since the numerical aperture is set to 0.22 or less, diffusion of light emitted from the
[0064]
In the first embodiment, since the outer diameter of the
[0065]
In the first embodiment, the diameter of the clad
[0066]
In the first embodiment, since the covering
[0067]
Further, since the porosity per unit volume of the
[0068]
Also, when manufacturing the
[0069]
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0070]
In the second embodiment, the
[0071]
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the refractive index of the
[0072]
A large number of
[0073]
Therefore, in the second embodiment, the
[0074]
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment.
[0075]
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. Here, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0076]
In the third embodiment, the configuration of the
[0077]
Therefore, in the third embodiment, the
[0078]
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the second embodiment.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. That is, according to the optical fiber of the first aspect of the present invention, the distribution structure of the effective refractive index of the porous portion is a mountain-shaped distribution in which the central portion in the cross section of the fiber is higher and becomes lower toward the outside in the radial direction. The light intensity can be increased, and it can be suitable for high-power optical transmission. In particular, when transmitting laser light, it is possible to suppress scattering at the time of emission and suppress power loss of emitted light. This makes it particularly suitable for transmitting high-power laser light.
[0080]
Further, since the chevron-shaped distribution structure is formed by arrangement of holes, a dopant is not required, the purity of the material constituting the porous portion can be increased, and the melting point can be prevented from lowering. Thereby, even when transmitting high-power light having a high energy density, melting of the constituent material of the porous portion is suppressed, and from this point, it can be made suitable for transmitting high-power light.
[0081]
Further, since the clad portion having a predetermined thickness in the radial direction of the fiber is provided outside the porous portion, for example, even when transmitting high-power laser light, the laser light is transmitted through the light propagation region formed by the porous portion. Can be reliably confined and propagated. From this point as well, it can be made suitable for transmission of high-power light.
[0082]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0083]
According to the second aspect of the present invention, since the diameter of the clad portion is set to be 110% or more of the diameter of the porous portion, the light can be reliably confined in the porous portion even when transmitting high-power light. And transmission loss can be reduced.
[0084]
According to the third aspect of the present invention, the porosity is formed such that the porosity is increased toward the outer peripheral side, and the porosity of the clad portion is made equal to the porosity at the outermost peripheral portion of the porous portion. Therefore, the effective refractive index of the porous portion can be easily made into a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher toward the outside in the radial direction, and the effective refractive index of the cladding portion is the outermost peripheral portion of the porous portion. It can be surely adjusted to the effective refractive index.
[0085]
According to the fourth aspect of the present invention, since the covering portion is provided outside the cladding portion, the surface of the cladding portion is protected, and the fiber strength can be improved. In particular, when a large number of holes are formed in the clad portion, the strength of the clad portion tends to decrease, so that forming the covering portion is very effective.
[0086]
According to the invention of claims 5 to 8, since the effective refractive index of the porous portion has a mountain-shaped distribution, the light intensity at the central portion in the cross section of the fiber can be increased, which is suitable for high-power optical transmission. Things. Further, since the mountain-shaped distribution structure is formed by the arrangement of the holes, the dopant is not required, the purity of the material constituting the porous portion can be increased, and the lowering of the melting point can be prevented. Thereby, even when transmitting high-power light having a high energy density, melting of the constituent material of the porous portion is suppressed, and from this point, it can be made suitable for transmitting high-power light.
[0087]
In addition, since the dopant is not required, it is not necessary to sequentially change the doping amount of the dopant in the radial direction in the manufacturing process of the optical fiber, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0088]
Further, according to the fifth aspect of the present invention, the laser beam can be propagated while maintaining the beam pattern at the time of incidence from the laser transmitter by making the refractive index distribution a mountain shape distribution, so that scattering at the time of emission can be suppressed. Thus, the power loss of the emitted light can be suppressed. This makes it particularly suitable for transmitting high-power laser light.
[0089]
According to the seventh aspect of the present invention, since the numerical aperture is set to 0.22 or less, diffusion of light emitted from the optical fiber can be surely suppressed, and even if a small lens system is used on the exit side. It becomes easy to collect light. Therefore, the energy density of the outgoing light can be increased, which can be suitable for transmitting the laser light.
[0090]
In the invention of claim 8, since the outer diameter of the porous portion is made larger than 100 μm, the energy density of light propagating through the porous portion is reduced. Also, the material constituting the porous portion can be prevented from melting. From this point as well, it can be suitable for transmitting high-power laser light.
[0091]
According to the ninth aspect of the present invention, since the porosity per unit volume of the porous portion is formed so as to increase toward the outer peripheral side, the refractive index of the material forming the porous portion and the refractive index of air are determined. The effective refractive index of the derived porous portion becomes lower toward the outer periphery. Therefore, the effective refractive index of the porous portion can be ensured in a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is high and becomes lower toward the outside in the radial direction.
[0092]
According to the tenth aspect of the present invention, since the pores in the porous portion become smaller as they are disposed on the inner peripheral side, the voids disposed near the central portion through which light having a high energy density propagates. The smaller the hole, the smaller the hole. For this reason, scattering of light due to holes arranged in a region where light of high energy density propagates can be suppressed, and transmission loss of light can be reduced.
[0093]
According to the eleventh aspect of the present invention, holes are arranged in the clad portion so as to have a substantially constant effective refractive index in the fiber radial direction, and the holes in the clad portion are formed in the outermost peripheral portion of the porous portion. Since the holes are formed smaller than the holes, even if a large number of holes are provided in the cladding portion, it is possible to suppress a decrease in the strength of the optical fiber due to the holes. Therefore, the required strength of the optical fiber can be easily secured, and an optical fiber that can be easily handled can be obtained.
[0094]
According to the twelfth aspect of the present invention, the porous portion is configured such that the number of holes arranged on the concentric circumference increases toward the outer periphery, so that the size of the holes does not need to be changed in the fiber radial direction. The porosity can be changed in the fiber radial direction. Therefore, capillaries of the same size can be used at the time of manufacturing the optical fiber, so that the manufacturing management becomes easy.
[0095]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the porosity of the clad portion is equal to the porosity per unit volume at the outermost peripheral portion of the porous portion so that the effective refractive index is substantially constant in the fiber radial direction. Since the holes are arranged as described above, the effective refractive index of the clad portion can be surely adjusted to the lowest effective refractive index of the porous portions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an optical fiber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an end view of the optical fiber according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a characteristic diagram showing an effective refractive index along line II-II in FIG.
FIG. 3A is an end view of an optical fiber according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a characteristic diagram showing an effective refractive index along line III-III in FIG.
FIG. 4A is an end view of an optical fiber according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 4B is a characteristic diagram showing an effective refractive index along line IV-IV in FIG.
[Explanation of symbols]
12 perforated part
12a hole
14 Cladding part
14a void
18 sheath
Claims (13)
上記多孔部の周囲には、ファイバ半径方向に所定の厚さを有し且つ上記多孔部の最外周部位における実効屈折率と同等でファイバ半径方向に実効屈折率が略一定のクラッド部が形成され、
上記多孔部は、光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされている
ことを特徴とする光ファイバ。An optical fiber having a porous portion extending in a fiber central axis direction, in which a large number of holes arranged in a ring shape concentrically with the fiber central axis at predetermined intervals in a fiber cross section are formed. ,
Around the perforated portion, a clad portion having a predetermined thickness in the fiber radial direction and having an effective refractive index substantially constant in the fiber radial direction equal to the effective refractive index at the outermost peripheral portion of the perforated portion is formed. ,
The porous portion is formed as a light propagation region through which light propagates,
An optical fiber, characterized in that the effective refractive index of the porous portion has a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is high toward the outside in the radial direction.
クラッド部の直径は、多孔部の直径の１１０％以上の大きさとされている
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 1,
An optical fiber, wherein the diameter of the cladding is 110% or more of the diameter of the porous part.
多孔部の単位体積当たりの空隙率は、外周側ほど大きくなっており、
クラッド部は、上記多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように多数の空孔が形成されてなる
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 1 or 2,
The porosity per unit volume of the porous portion is larger on the outer peripheral side,
An optical fiber, wherein the clad portion is formed with a large number of holes so as to have a porosity equal to a porosity per unit volume in an outermost peripheral portion of the porous portion.
クラッド部の周囲には被覆部が設けられている
ことを特徴とする光ファイバ。In any one of claims 1 to 3,
An optical fiber, wherein a coating portion is provided around a clad portion.
上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送するために用いられるか、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０６ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送するために用いられるように構成されていることを特徴とする光ファイバ。An optical fiber having a porous portion extending in a fiber central axis direction, in which a large number of holes arranged in a ring shape concentrically with the fiber central axis at predetermined intervals in a fiber cross section are formed. ,
A clad portion is formed around the perforated portion, and the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates,
The effective refractive index of the porous portion is a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher toward the outside in the radial direction,
It is configured to be used to transmit a laser consisting of continuous light having a power of 1 kilowatt or more, or to be used to transmit a laser consisting of pulsed light having an energy of 1 × 10 6 joules or more per square millimeter. An optical fiber, comprising:
上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送するために用いられるように構成されていることを特徴とする光ファイバ。An optical fiber having a porous portion extending in a fiber central axis direction, in which a large number of holes arranged in a ring shape concentrically with the fiber central axis at predetermined intervals in a fiber cross section are formed. ,
A clad portion is formed around the perforated portion, and the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates,
The effective refractive index of the porous portion is a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher toward the outside in the radial direction,
An optical fiber configured to be used to transmit light having a wavelength of less than 890 nm.
上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
開口数は０．２２以下とされている
ことを特徴とする光ファイバ。An optical fiber having a porous portion extending in a fiber central axis direction, in which a large number of holes arranged in a ring shape concentrically with the fiber central axis at predetermined intervals in a fiber cross section are formed. ,
A clad portion is formed around the perforated portion, and the perforated portion is formed as a light propagation region through which light propagates,
The effective refractive index of the porous portion is a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher toward the outside in the radial direction,
An optical fiber having a numerical aperture of 0.22 or less.
上記多孔部の外側にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
上記多孔部の直径は、１００μｍよりも大きい
ことを特徴とする光ファイバ。An optical fiber having a porous portion extending in a fiber central axis direction, in which a large number of holes arranged in a ring shape concentrically with the fiber central axis at predetermined intervals in a fiber cross section are formed. ,
A clad portion is formed outside the porous portion, and the porous portion is formed as a light propagation region through which light propagates,
The effective refractive index of the porous portion is a mountain-shaped distribution structure in which the central portion in the cross section of the fiber is higher toward the outside in the radial direction,
An optical fiber, wherein the diameter of the porous portion is larger than 100 µm.
多孔部は、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっている
ことを特徴とする光ファイバ。In any one of claims 5 to 8,
An optical fiber, wherein the porosity of the porous portion per unit volume increases toward the outer periphery.
多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなっている
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 9,
An optical fiber characterized in that the porous portion is smaller as the hole is located closer to the inner peripheral side.
クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、
上記クラッド部の空孔は、多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されている
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 10,
The cladding has a large number of holes formed so as to have a substantially constant effective refractive index in the fiber radial direction,
An optical fiber, wherein the hole in the clad portion is formed smaller than the hole in the outermost peripheral portion of the porous portion.
多孔部は、同心円周上に配列される空孔数が外周側ほど多くなっている
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 9,
An optical fiber characterized in that the number of holes arranged on the concentric circumference of the porous portion increases toward the outer peripheral side.
クラッド部は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率になるように且つ多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように多数の空孔が形成されてなる
ことを特徴とする光ファイバ。In claim 12,
A large number of holes are formed in the clad portion so as to have a substantially constant effective refractive index in the fiber radial direction and a porosity equal to the porosity per unit volume in the outermost peripheral portion of the porous portion. An optical fiber, characterized in that:
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