JP2005043673A - Optical fiber and optical transmission medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を導波し得る光ファイバに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber capable of guiding light.
一般に光通信システムにおいては、伝送される信号光の波長が赤外域(例えば波長1.55μm帯)にあることから、光伝送路として用いられる光ファイバは赤外域で最適化された特性を有するものとなっている。一方、フォトリソグラフィ、レーザ加工、殺菌および消毒などの分野においては、紫外光が用いられることから、その紫外光を伝送するための光伝送媒体として好適な光ファイバが求められている。 In general, in an optical communication system, since the wavelength of transmitted signal light is in the infrared region (for example, a wavelength of 1.55 μm band), an optical fiber used as an optical transmission line has characteristics optimized in the infrared region. It has become. On the other hand, in fields such as photolithography, laser processing, sterilization, and disinfection, since ultraviolet light is used, an optical fiber suitable as an optical transmission medium for transmitting the ultraviolet light is required.
特許文献1や非特許文献1には、紫外光伝送用の光ファイバについて記載されている。これらの文献には、紫外域において光ファイバの伝送損失が大きい(つまり、透過率が小さい)こと、導波光の波長が短いほど伝送損失の増大が顕著であること、および、紫外光の照射に因り伝送損失が増大すること、が記載されている。 Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe optical fibers for ultraviolet light transmission. In these documents, the transmission loss of the optical fiber is large (that is, the transmittance is small) in the ultraviolet region, the increase in the transmission loss is remarkable as the wavelength of the guided light is short, and Therefore, it is described that transmission loss increases.
また、紫外域における伝送損失を低減するとともに、紫外光照射に因る損失増加を抑制する為の方法として、特許文献1には、エキシマレーザ光またはガンマ線を光ファイバに照射することが記載されており、非特許文献1には、光ファイバ製造工程を最適化することが記載されている。
しかしながら、一般にガラス材料からなる中実の光ファイバは、紫外域のうちでもArFエキシマレーザ光(波長193nm)やF2レーザ光(波長157nm)等の短波長側においては、限定的な条件下でしか実用的な伝送損失を実現することができなかった。 However, in general, a solid optical fiber made of a glass material has limited conditions on the short wavelength side such as ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and F 2 laser light (wavelength 157 nm) even in the ultraviolet region. However, practical transmission loss could be realized.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、伝送損失が小さい光ファイバを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical fiber having a small transmission loss.
本発明に係る光ファイバは、固体からなる主媒質中に光軸に沿って延びる複数の空孔を有し、複数の空孔の内部が気体で充填されているか又は真空とされており、波長帯域1mm〜1nmに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さいことを特徴とする。このように構成される光ファイバは、上記所定波長の周辺において伝送損失が小さいものとなり、光を低損失で導波させることができる。ここで、上記所定波長は、光ファイバが実用に供される波長であり、2.5μm以下であるのが好適であり、250nm以下であれば更に好適であり、200nm以下であれば最も好適である。また、上記所定波長は150nm以上であるのが好適である。 The optical fiber according to the present invention has a plurality of holes extending along the optical axis in a solid medium made of a solid, and the inside of the plurality of holes is filled with a gas or is evacuated, and has a wavelength. The transmission loss per unit length as an optical waveguide is smaller than the inherent loss per unit length of the main medium at any given wavelength included in the band of 1 mm to 1 nm. The optical fiber configured as described above has a small transmission loss around the predetermined wavelength, and can guide light with low loss. Here, the predetermined wavelength is a wavelength at which the optical fiber is practically used, and is preferably 2.5 μm or less, more preferably 250 nm or less, and most preferably 200 nm or less. is there. The predetermined wavelength is preferably 150 nm or more.
本発明に係る光ファイバは、上記所定波長において導波光の全光パワーの50%以上の光が複数の空孔の内部に存在するのが好適であり、この場合には、上記所定波長の周辺において特に伝送損失が小さくなり、光を更に低損失で導波させることができる。 In the optical fiber according to the present invention, it is preferable that light of 50% or more of the total optical power of the guided light is present in the plurality of holes at the predetermined wavelength. In particular, the transmission loss is reduced, and light can be guided with a lower loss.
本発明に係る光ファイバは、複数の空孔の内部に充填される気体がAr,Ne,Kr,Xe,HeおよびN2のうちの何れかであるのが好適であり、この場合には、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。 In the optical fiber according to the present invention, the gas filled in the plurality of holes is preferably Ar, Ne, Kr, Xe, He, or N 2. In this case, This is advantageous in realizing reduction of transmission loss in the ultraviolet region.
本発明に係る光ファイバは、主媒質が石英系ガラスまたはフッ化物ガラスであるのが好適であり、この場合には、融着接続等の加工性を維持することができ、また、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。 In the optical fiber according to the present invention, it is preferable that the main medium is quartz glass or fluoride glass. In this case, workability such as fusion splicing can be maintained, and in the ultraviolet region. This is advantageous in realizing a reduction in transmission loss.
本発明に係る光伝送媒体は、上記の本発明に係る光ファイバが複数本束ねられたものである。この光伝送媒体は、光を低損失で導波させることができ、また、柔軟性および大口径を有することができる。 An optical transmission medium according to the present invention is a bundle of a plurality of optical fibers according to the present invention. This optical transmission medium can guide light with low loss and can have flexibility and a large aperture.
本発明に係る光伝送媒体は、光ファイバの外径が10μm以上1000μm以下であるのが好適であり、また、光ファイバの外径が20μm以上500μm以下であるのが更に好適である。この場合には、光ファイバを束ねて光伝送媒体を製造する際の作業が容易となる。 In the optical transmission medium according to the present invention, the outer diameter of the optical fiber is preferably 10 μm or more and 1000 μm or less, and the outer diameter of the optical fiber is more preferably 20 μm or more and 500 μm or less. In this case, an operation for manufacturing an optical transmission medium by bundling optical fibers becomes easy.
伝送損失が小さい光ファイバを提供することができる。 An optical fiber with low transmission loss can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態に係る光ファイバ10の断面図である。この図は、光ファイバ10の光軸に垂直な断面を示している。この図に示されるように、光ファイバ10は、断面が円形状であって、固体からなる主媒質11中に光軸に沿って延びる複数の空孔12,13を有している。光ファイバ10の断面において、空孔12は中心位置にあり、その他の多数の空孔13は空孔12を取り囲んで周期的に配置されている。また、各空孔12,13の内部は、気体で充填されているか、又は、真空とされている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
そして、この光ファイバ10は、波長帯域1mm〜1nmに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さい。また、上記所定波長は、2.5μm以下であるのが好適であり、250nm以下であれば更に好適であり、200nm以下であれば最も好適である。また、上記所定波長は150nm以上であるのが好適である。このように構成される光ファイバ10は、上記所定波長の周辺において伝送損失が小さいものとなり、光を低損失で導波させることができる。
The
これら空孔12,13それぞれの直径および配置の周期を適切に設定することにより、フォトニックバンドギャップが形成されて、特定の波長の光が光ファイバ10の中心近傍に閉じ込められて、その光は光ファイバ10を導波することができる。また、このような空孔構造が適切に設定されることにより、所定波長において導波光の全光パワーの50%以上の光は空孔12,13の内部に存在し得る。この場合には、上記所定波長の周辺において特に伝送損失が小さくなり、光を更に低損失で導波させることができる。例えば、波長157nmのF2レーザ光を導波させた場合に、その光の全パワーの90%以上の光は、光ファイバ10の中心位置にある空孔12に閉じ込められ得る。
By appropriately setting the diameters and arrangement periods of these
主媒質11が石英系ガラスまたはフッ化物ガラスであるのが好適であり、この場合には、融着接続等の加工性を維持することができ、また、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。一般的な光ファイバの材料である石英ガラスの波長157nmでの損失は、純石英ガラスの場合に400dB/m程度の極めて大きい値である。これに対して、本実施形態に係る光ファイバ10では、主媒質11を伝わる光の全光パワーの10%以下とすることも可能であるから、伝送損失が大幅に低減され得る。また、空孔12,13の内部に充填される気体がAr,Ne,Kr,Xe,HeおよびN2のうちの何れかであるのが好適であり、この場合には、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。
The
なお、主媒質11がフッ素添加石英ガラスであれば、ガラス固有の損失が低減される。例えば、フッ素が1wt%添加された石英ガラスの場合、波長157nmでのガラス固有の損失は10〜20dB/m程度まで低減される。この値は、1m程度の導波を行なう光ファイバの損失としては十分小さいとは言えないが、紫外光照射に因るガラス材料の経時劣化を低減する点では有効である。
If the
一例として、波長157nmにおいて、主媒質11の石英ガラス固有の損失を20dB/mとし、空孔12,13に封入された気体の損失を0.2dB/mとし、空孔12,13の構造配置が不完全であることに起因する損失を0.1dB/mとすると、光ファイバ10の伝送損失は2.28dB/mとなる。この値は、石英ガラス固有の損失より小さく、1m程度の導波を行なう光ファイバの損失としても現実的な値であると言える。
As an example, at a wavelength of 157 nm, the loss inherent to quartz glass of the
図2は、本実施形態に係る光ファイバ10の製造方法を説明する工程図である。同図(a)〜(e)は、光ファイバ10の光軸を含む断面を示している。初めに、以上までに説明したような構造を有する光ファイバ10Aを用意する(同図(a))。ただし、この光ファイバ10Aの両端は封止されておらず、空孔12,13の内部には空気が存在する。光ファイバ10Aの一端または途中の或る位置を加熱溶融し、空孔12,13を潰して封止し、これを光ファイバ10Bとする(同図(b))。
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the
この光ファイバ10Bの他端に設けた真空ポンプにより空孔12,13の内部を排気し、或いは、この光ファイバ10Bの他端に設けた気体注入器により空孔12,13の内部に所望の気体を注入する(同図(c))。空孔12,13の内部を排気または気体注入した状態で、光ファイバ10Bの途中の或る位置を加熱溶融し、空孔12,13を潰して封止し、これを光ファイバ10Cとする(同図(d))。そして、光ファイバ10Cを封止位置で切断することで、両端が封止された光ファイバ10が得られる(同図(e))。
The inside of the
光ファイバ10B,10Cを加熱する加熱源として、ヒータやバーナ等が用いられる。また、封止方法としては、加熱溶融の他に、光ファイバ10の端部をシール材で塞ぐことでもよい。このシール材としては、空孔を有しない通常の光ファイバを用いて、この通常の光ファイバを本実施形態に係る光ファイバ10の端面に融着接続してもよい。
A heater, a burner or the like is used as a heating source for heating the
特に、図3に示されるように、シール材としての光ファイバ20が分布屈折率型のものであるのが好適である。図3は、本実施形態に係る光ファイバ10とシール材としての光ファイバ20との接続状態を示す図である。同図(a)は、光ファイバ10の光軸を含む断面を示す。同図(b)は、シール材としての光ファイバ20の屈折率プロファイルを示す。この場合には、この光ファイバ20は、シール材として機能するだけでなく、レンズとしても機能することができて、光源や受光素子などの光部品と光ファイバ10との間の光結合を高めることができる。
In particular, as shown in FIG. 3, it is preferable that the
また、空孔12,13の内部を真空化する方法として、石英ガラス中に拡散し易いH2やHe等の気体を光ファイバ10の空孔12,13の内部に封入して、一定時間以上この光ファイバ10を放置することとしてもよい。この場合には、放置している間に、空孔12,13の内部にあったH2やHe等の気体が、石英ガラスの主媒質11中に拡散し、或いは、主媒質11を経て外界で拡散するので、これにより、空孔12,13の内部が真空化される。
Further, as a method of evacuating the inside of the
図4は、本実施形態に係る光伝送媒体1の断面図である。この図は、光伝送媒体1の光軸に垂直な断面を示している。この図に示されるように、光伝送媒体1は、全体の断面が円形状であって、中空のシース材30の内部に複数の光ファイバ10が束ねられて挿入されている。また、シース材30と光ファイバ10との間の空隙には樹脂等が充填される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical transmission medium 1 according to the present embodiment. This figure shows a cross section perpendicular to the optical axis of the optical transmission medium 1. As shown in this figure, the entire optical transmission medium 1 has a circular cross section, and a plurality of
このように多数の光ファイバ10が束ねられて構成される光伝送媒体1は、光を低損失で導波させることができるだけでなく、同等の断面積を有する1本の光ファイバと比較すると柔軟性を有することが可能であり、柔軟性および大口径を兼ね備えることができる。
In this way, the optical transmission medium 1 configured by bundling a large number of
柔軟性の観点から言えば、各々の光ファイバ10が細いことが望ましいが、多数の光ファイバ10を束ねる際の作業性等の観点からは、各々の光ファイバ10の外径は、10μm以上1000μm以下であるのが好適であり、20μm以上500μm以下であるのが更に好適である。
From the viewpoint of flexibility, it is preferable that each
1…光伝送媒体、10…光ファイバ、11…主媒質、12,13…空孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmission medium, 10 ... Optical fiber, 11 ... Main medium, 12, 13 ... Hole.
Claims (10)
前記複数の空孔の内部が気体で充填されているか又は真空とされており、
波長帯域1mm〜1nmに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、前記主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さい、
ことを特徴とする光ファイバ。 A plurality of holes extending along the optical axis in the main medium made of solid,
The inside of the plurality of holes is filled with gas or is evacuated,
In any given wavelength included in the wavelength band of 1 mm to 1 nm, the transmission loss per unit length as the optical waveguide is smaller than the inherent loss per unit length of the main medium.
An optical fiber characterized by that.
The optical transmission medium according to claim 9, wherein an outer diameter of the optical fiber is 20 μm or more and 500 μm or less.
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