JP2011164318A - Hollow optical fiber and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hollow optical fiber that can transmit long wavelength laser light at a low loss and can be formed into a long fiber through a relatively simple process, and to provide a method for manufacturing the optical fiber. <P>SOLUTION: The hollow optical fiber 1 includes: a glass tube 2 having a coefficient A1 of linear expansion and a softening point T1; and a metal layer 3 formed on the inner circumference face of the glass tube, having a coefficient A2 of linear expansion slightly greater than A1, and having a melting point T2 close to the T1. The metal layer 3 is formed on the inner circumference face of the glass tube by: blowing gas to an aerosol container to change fine particle raw material into an aerosol; supplying the fine particle raw material in the aerosol state together with the gas into the glass tube 2 having the coefficient A1 of linear expansion, which is almost equal to or slightly smaller than the A2, and having the softening point T1 close to T2; and heating the glass tube 2 from the outer circumference of the glass tube 2 while evacuating the inside of the glass tube 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、長尺伝送路を低損失で伝搬させることができる中空光ファイバ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hollow optical fiber capable of propagating a long transmission path with low loss and a method for manufacturing the same.

近年、外科手術や切開手術、あるいは手術時における血液の止血のために、さらには歯科治療において、長波長レーザ光が利用されるようになっている。このような医療分野で利用される長波長レーザ光の波長は1μm以上(2μm帯、3μm帯、10.6μm帯)であり、これら各種波長帯のレーザ光源、およびそのレーザ光を低損失で伝送させる光ファイバの開発が重要な課題となっている。   In recent years, long-wavelength laser light has been used for surgery, incision surgery, or for hemostasis of blood during surgery, and in dental treatment. The wavelength of long-wavelength laser light used in such medical fields is 1 μm or more (2 μm band, 3 μm band, 10.6 μm band), and laser light sources of these various wavelength bands and the laser light are transmitted with low loss. The development of optical fibers has become an important issue.

医療分野の治療用レーザ光源としては、波長2.1μmのHo:YAGレーザ、2.94μmのEr:YAGレーザ、10.6μmのCOレーザが既に実用化されている。
一方、医療分野への適用を目指した光ファイバとしては、光を伝搬するコア部が空気や不活性ガスで構成された中空状の光ファイバの開発が進められている。その一例として、ガラスキャピラリーチューブの内周面に銀鏡反応により銀被膜を形成してクラッドとし、光を銀被膜の表面で反射させることにより伝送させる10.6μm帯の中空光ファイバがある(非特許文献1)。
As a therapeutic laser light source in the medical field, a Ho: YAG laser having a wavelength of 2.1 μm, an Er: YAG laser having a wavelength of 2.94 μm, and a CO 2 laser having a 10.6 μm have already been put into practical use.
On the other hand, as an optical fiber aiming at application in the medical field, development of a hollow optical fiber in which a core portion for propagating light is made of air or an inert gas is underway. As an example, there is a hollow optical fiber of 10.6 μm band in which a silver coating is formed on the inner peripheral surface of a glass capillary tube to form a cladding, and light is transmitted by reflection on the surface of the silver coating (non-patent document) 1).

また、医療以外の分野、例えば半導体の微細加工や物質の表面改質などの分野においては、波長の短いレーザを用いた加工が盛んに行われるようになっている。加工には、例えばArFレーザ(発振波長193nm)、F2レーザ(発振波長157nm)、KrFレーザ(発振波長248nm)、エキシマレーザ(発振波長266nm)等が用いられ、これらのレーザ光を伝送させるための中空光ファイバが開発されている(非特許文献2、特許文献1〜5参照)。 In fields other than medicine, for example, in fields such as semiconductor microfabrication and surface modification of materials, processing using a laser with a short wavelength is actively performed. For processing, for example, ArF laser (oscillation wavelength 193 nm), F 2 laser (oscillation wavelength 157 nm), KrF laser (oscillation wavelength 248 nm), excimer laser (oscillation wavelength 266 nm), etc. are used to transmit these laser beams. Hollow optical fibers have been developed (see Non-Patent Document 2 and Patent Documents 1 to 5).

特開2003-114344号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-114344 特開2003-315588号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-315588 特開2006-243306号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-243306 特開2009-198728号公報JP 2009-198728 特開2009-204683号公報JP 2009-204683 A

本郷,小池,鈴木,"医療用赤外中空ファイバの開発",日立電線,No.24,2005-1,pp.7-12Hongo, Koike, Suzuki, "Development of medical infrared hollow fiber", Hitachi Cable, No.24, 2005-1, pp.7-12 松浦,"真空紫外域および軟X線用中空ファイバ型光伝送路の研究",The Murata Science Foundation, Annual Report,No.18,2004, pp.265-268Matsuura, "Study on hollow fiber type optical transmission line for vacuum ultraviolet and soft X-ray", The Murata Science Foundation, Annual Report, No.18, 2004, pp.265-268

しかし、上述の中空光ファイバには次のような課題が存在する。
銀被膜をクラッドとする中空光ファイバは、コア(空気)の屈折率がクラッド(銀被膜)の屈折率よりも低いため、コアとクラッドの境界、すなわち銀被膜の表面(内周面)で光が反射する際に損失を伴う。損失を低減させるためには、銀被膜の表面を鏡面状態に保ち、銀被膜の表面における反射率を高めることが必要となる。しかし、銀鏡反応で銀被膜を形成した場合、銀被膜の表面を鏡面状態に保つことが難しいため、また、銀被膜表面における構造不整のため、散乱損失の大幅な増大を招く。そこで、銀被膜の表面に誘電体被膜を形成して反射率を高める工夫をしているが、誘電体被膜の形成工程は複雑であり、また、均一な組成の被膜を均一な膜厚で形成することが難しい。
However, the above-described hollow optical fiber has the following problems.
A hollow optical fiber with a silver coating as the cladding has a refractive index of the core (air) lower than the refractive index of the cladding (silver coating), so light at the boundary between the core and the cladding, that is, the surface (inner peripheral surface) of the silver coating. There is a loss in the reflection. In order to reduce the loss, it is necessary to maintain the surface of the silver coating in a mirror state and increase the reflectance on the surface of the silver coating. However, when a silver coating is formed by a silver mirror reaction, it is difficult to keep the surface of the silver coating in a mirror state, and the structural loss on the surface of the silver coating causes a significant increase in scattering loss. Therefore, we have devised to increase the reflectance by forming a dielectric film on the surface of the silver film, but the process of forming the dielectric film is complicated, and a film with a uniform composition is formed with a uniform film thickness. Difficult to do.

従来の中空光ファイバでは、MOCVD装置を用いて銀被膜等の金属薄膜を形成する方法も採用されている。しかし、MOCVD装置は非常に高価であるため、製造コストの上昇を招く。また、従来は、長さ2m程度の短尺のガラスキャピラリーチューブの内周面に銀鏡反応により銀被膜を形成することで中空光ファイバを製造しているため、長尺(数十m以上)にすることが難しい。さらに、単品生産であるため、低コスト化、高歩留まり生産の実現が難しかった。   In the conventional hollow optical fiber, a method of forming a metal thin film such as a silver coating using an MOCVD apparatus is also employed. However, the MOCVD apparatus is very expensive and causes an increase in manufacturing cost. Conventionally, since a hollow optical fiber is manufactured by forming a silver coating on the inner peripheral surface of a short glass capillary tube having a length of about 2 m by a silver mirror reaction, it is made long (several tens of meters). It is difficult. Furthermore, since it is a single item production, it has been difficult to realize a low cost and a high yield production.

そこで、本発明の目的は、長波長レーザ光を低損失で伝送でき、且つ、比較的簡単な工程で長尺にすることができる中空光ファイバ及びその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hollow optical fiber that can transmit long-wavelength laser light with low loss and can be made long by a relatively simple process, and a method for manufacturing the same.

本発明の中空光ファイバ及びその製造方法は、上記課題を解決するために成されたものであり、特には、不要な応力やひずみがかかりにくい安定した構造を実現することを目的に成されたものである。   The hollow optical fiber and the manufacturing method thereof according to the present invention have been made in order to solve the above-described problems, and in particular, have been made for the purpose of realizing a stable structure that is not easily subjected to unnecessary stress and strain. Is.

具体的には、本出願の第1発明に係る中空光ファイバは、
a) 線膨張係数がA1、軟化点がT1のガラス管と、
b) 前記ガラス管の内周面に形成された、線膨張係数がA1よりもわずかに大きい値A2で、且つ、融点がT1に近い値T2である第1金属層と
からなることを特徴とする。
ここで、「A1よりもわずかに大きい値A2」とは、A2がA1よりも大きく、且つA1の1.2倍程度までの値であることをいう。また、「T1に近い値T2」とは、T2がT1±300℃程度であることをいう。
Specifically, the hollow optical fiber according to the first invention of the present application is:
a) a glass tube with a linear expansion coefficient of A1 and a softening point of T1,
b) a first metal layer formed on the inner peripheral surface of the glass tube and having a linear expansion coefficient value A2 slightly larger than A1 and a melting point T2 close to T1. To do.
Here, “slightly larger value A2 than A1” means that A2 is larger than A1 and about 1.2 times A1. Further, “value T2 close to T1” means that T2 is about T1 ± 300 ° C.

第2発明は、上記第1発明において、さらに、前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属から成る第2金属層を形成したことを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, a second metal layer made of the same metal as the first metal layer is further formed on the outer peripheral surface of the glass tube.

第3発明は、上記第1発明又は第2発明において、さらに、前記ガラス管の内周面と前記第1金属層との間に、線膨張係数がA1よりも小さい値A3で、且つ、融点がT1に近い値T3である緩衝層を形成したことを特徴とする。   According to a third invention, in the first invention or the second invention, the linear expansion coefficient is a value A3 smaller than A1 and the melting point between the inner peripheral surface of the glass tube and the first metal layer. A buffer layer having a value T3 close to T1 is formed.

第1発明或いは第2発明においては、前記ガラス管を硬質ガラス管から形成し、前記第1金属層を金、銀、アルミニウムのいずれかから形成することが好ましい。   In the first invention or the second invention, it is preferable that the glass tube is formed from a hard glass tube, and the first metal layer is formed from any one of gold, silver, and aluminum.

第3発明においては、前記ガラス管を硬質ガラス管又はパイレックス(登録商標)ガラス管から形成し、前記緩衝層をSi又はSiNから形成し、前記第1金属層を金、銀、アルミニウムのいずれかから形成することが好ましい。   In the third invention, the glass tube is formed from a hard glass tube or a Pyrex (registered trademark) glass tube, the buffer layer is formed from Si or SiN, and the first metal layer is any one of gold, silver, and aluminum. It is preferable to form from.

また、本出願の第4発明の中空光ファイバの製造方法は、
線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいか或いはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、
前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成して中空光ファイバを製造することを特徴とする。
The method for producing a hollow optical fiber of the fourth invention of the present application is as follows:
A fine particle raw material with a submicron particle size of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material has a linear expansion coefficient substantially equal to or slightly smaller than A2 and is softened. Into a glass tube with a point T1 close to T2,
A hollow optical fiber is manufactured by forming the first metal layer made of the fine particle raw material on the inner peripheral surface of the glass tube by heating the glass tube from the outer peripheral direction of the glass tube while exhausting the inside of the glass tube. It is characterized by.

本出願の第5発明の中空光ファイバの製造方法は、第4発明において、さらに、前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化して吹きつけることにより、前記微粒子原料から成る第2金属層を形成したことを特徴とする。   The method for producing a hollow optical fiber according to a fifth aspect of the present application is the method according to the fourth aspect, further comprising: aerosolizing a fine particle material having a submicron particle size of the same metal as the first metal layer on the outer peripheral surface of the glass tube. The second metal layer made of the fine particle raw material is formed by spraying.

第4発明又は第5発明においては、前記微粒子原料をエアロゾル化するための容器を備え、前記ガラス管からの排気を前記容器に戻すようにすると良い。   In the fourth or fifth aspect of the invention, it is preferable that a container for aerosolizing the particulate raw material is provided so that exhaust from the glass tube is returned to the container.

本出願の第6発明の中空光ファイバの製造方法は、線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいか或いはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成して中空光ファイバプリフォーム管を作成する工程と、
前記中空光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ該中空光ファイバプリフォーム管の先端を溶融し、一定速度で延伸して光ファイバに線引きする工程と
を備えることを特徴とする。
In the method for manufacturing a hollow optical fiber according to the sixth invention of the present application, a fine particle raw material having a submicron particle diameter of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material has a linear expansion coefficient. The glass tube is heated from the outer peripheral direction of the glass tube while being sent to the glass tube having a value A1 that is substantially equal to or slightly smaller than A2 and the softening point is a value T1 close to T2, and evacuating the glass tube. Forming a first metal layer made of the fine particle raw material on the inner peripheral surface of the glass tube to produce a hollow optical fiber preform tube;
A step of melting the tip of the hollow optical fiber preform tube while keeping the inside of the hollow optical fiber preform tube in an inert atmosphere, and drawing the optical fiber by drawing at a constant speed.

また、本出願の第7発明の中空光ファイバの製造方法は、線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいかあるいはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成する工程と、
前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化して吹き付けることにより該ガラス管の外周面に前記微粒子原料から成る第2金属層を形成して中空光ファイバプリフォーム管を作成する工程と、
前記中空光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ該中空光ファイバプリフォーム管の先端を溶融し、一定速度で延伸して光ファイバに線引きする工程と
を備えることを特徴とする。
In addition, in the method for manufacturing a hollow optical fiber according to the seventh invention of the present application, a fine particle raw material having a submicron particle diameter of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material is linearly expanded. The coefficient is almost equal to or slightly smaller than A2, and the glass tube is heated from the outer peripheral direction of the glass tube while feeding the glass tube having the softening point T1 close to T2 and evacuating the glass tube. Forming a first metal layer made of the fine particle raw material on the inner peripheral surface of the glass tube,
The second metal layer made of the fine particle material is formed on the outer peripheral surface of the glass tube by aerosolizing and spraying the fine particle material having the same metal submicron particle size as the first metal layer on the outer peripheral surface of the glass tube. And the process of creating a hollow optical fiber preform tube,
A step of melting the tip of the hollow optical fiber preform tube while keeping the inside of the hollow optical fiber preform tube in an inert atmosphere, and drawing the optical fiber by drawing at a constant speed.

さらに、本出願の第8発明の中空光ファイバの製造方法は、第6発明又は第7発明において、さらに、前記ガラス管の内周面に第1金属層を形成する前に、線膨張係数がA1よりも小さいA3で、且つ融点がT1に近い値T3の緩衝層を、シラン系ガスあるいはシラン系ガスと窒素系ガスを用いて気相化学反応により形成する予備工程を備えることを特徴とする。   Furthermore, in the method for manufacturing a hollow optical fiber according to the eighth invention of the present application, in the sixth invention or the seventh invention, before the first metal layer is formed on the inner peripheral surface of the glass tube, the linear expansion coefficient is increased. A buffer layer having a value T3 smaller than A1 and having a melting point close to T1 is provided by a preliminary step of forming a buffer layer by a gas phase chemical reaction using a silane-based gas or a silane-based gas and a nitrogen-based gas. .

上述の第6発明及び第7発明の製造方法においては、前記ガラス管が硬質ガラス管から成り、前記第1金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかから形成されることが好ましい。
上記第8発明では、前記ガラス管を硬質ガラス管又はパイレックスガラス管から形成し、前記緩衝層をSi又はSiNから形成し、前記第1金属層を金、銀、アルミニウムのいずれかから形成することが好ましい。
In the manufacturing methods of the sixth and seventh inventions described above, it is preferable that the glass tube is made of a hard glass tube and the first metal layer is made of any one of gold, silver, and aluminum.
In the eighth invention, the glass tube is formed from a hard glass tube or a Pyrex glass tube, the buffer layer is formed from Si or SiN, and the first metal layer is formed from any one of gold, silver, and aluminum. Is preferred.

本発明の中空光ファイバは、ガラス管の線膨張係数A1よりも第1金属層の線膨張係数A2の方がわずかに大きい値であるので、ガラス管の内周面に第1金属層を形成するときに不要な応力がかかりにくい。また、ガラス管の軟化点T1と第1金属層の融点T2がほぼ等しいため、ガラス管の内周面に高純度の金属層を容易に形成することができる。   In the hollow optical fiber of the present invention, since the linear expansion coefficient A2 of the first metal layer is slightly larger than the linear expansion coefficient A1 of the glass tube, the first metal layer is formed on the inner peripheral surface of the glass tube. It is difficult to apply unnecessary stress. Further, since the softening point T1 of the glass tube and the melting point T2 of the first metal layer are substantially equal, a high-purity metal layer can be easily formed on the inner peripheral surface of the glass tube.

また、ガラス管の外周面にも内周面に形成した第1金属層と同じ金属の第2金属層を形成にすれば、ガラス管と第1金属層の線膨張係数が異なることに起因する非対称構造に基づくひずみを低減することができる。また、環境温度の変化によって中空光ファイバに不要な応力やひずみが加わることを抑制できる。   Further, if the second metal layer of the same metal as the first metal layer formed on the inner peripheral surface is formed on the outer peripheral surface of the glass tube, the glass tube and the first metal layer have different linear expansion coefficients. The strain based on the asymmetric structure can be reduced. Moreover, it can suppress that unnecessary stress and distortion are added to a hollow optical fiber by the change of environmental temperature.

さらに、ガラス管と金属層の間に、線膨張係数がA1よりも小さい値A3で、且つ、融点がT1に近い値T3である緩衝層を介在させると、ガラス管および金属層の材質をより広範囲から選ぶことが可能となり、一層低損失であって高強度の光ファイバを実現することができる。また、緩衝層と金属層が2層構造になっているので、中空内を伝搬している光信号が中空光ファイバ外周から外へ漏洩するのを阻止することができる。   Further, if a buffer layer having a linear expansion coefficient value A3 smaller than A1 and a melting point T3 close to T1 is interposed between the glass tube and the metal layer, the material of the glass tube and the metal layer can be further increased. It is possible to select from a wide range, and it is possible to realize an optical fiber with a lower loss and higher strength. Moreover, since the buffer layer and the metal layer have a two-layer structure, it is possible to prevent the optical signal propagating through the hollow from leaking out from the outer periphery of the hollow optical fiber.

また、本発明の中空光ファイバの製造方法によれば、いわゆるエアロゾル化ガスデポジション法により金属のエアロゾル化微粒子原料をガラス管に送り込んで第1金属層を形成したので、結晶構造が非常に緻密で粒径の均一な金属層をガラス管の内周面に形成することができる。このため、第1金属層で光信号を一様に反射することができ、散乱損失の小さい中空光ファイバを得ることができる。しかも、本発明の製造方法で得られる中空光ファイバは、ガラス管の線膨張係数A1よりも第1金属層の線膨張係数A2の方がわずかに大きい値であるので、ガラス管の内周面に第1金属層を形成するときに不要な応力がかかりにくい。また、ガラス管の軟化点T1と金属層の融点T2がほぼ等しいため、ガラス管の内周面に高純度の金属層を容易に形成することができる。   In addition, according to the method for producing a hollow optical fiber of the present invention, since the first metal layer is formed by feeding the metal aerosolized fine particle raw material into the glass tube by the so-called aerosolized gas deposition method, the crystal structure is very dense. A metal layer having a uniform particle size can be formed on the inner peripheral surface of the glass tube. For this reason, an optical signal can be uniformly reflected by the first metal layer, and a hollow optical fiber with a small scattering loss can be obtained. Moreover, in the hollow optical fiber obtained by the manufacturing method of the present invention, the linear expansion coefficient A2 of the first metal layer is slightly larger than the linear expansion coefficient A1 of the glass tube. It is difficult to apply unnecessary stress when forming the first metal layer. Further, since the softening point T1 of the glass tube and the melting point T2 of the metal layer are substantially equal, a high-purity metal layer can be easily formed on the inner peripheral surface of the glass tube.

また、ガラス管の外周面にも金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化して吹き付けて、第1金属層と同様の第2金属層を形成することにより、ガラス管と第1金属層の線膨張係数が非対称であることにより起因するひずみを低減することができる。このため、得られた中空光ファイバが、環境温度の変化により変形することを防ぐことができる。   Further, the glass tube and the first metal layer are formed by aerosolizing and spraying a fine particle material having a submicron particle size of metal on the outer peripheral surface of the glass tube to form a second metal layer similar to the first metal layer. The distortion caused by the asymmetrical coefficient of linear expansion can be reduced. For this reason, it can prevent that the obtained hollow optical fiber deform | transforms by the change of environmental temperature.

さらに、シラン系ガスあるいはシラン系ガスと窒素系ガスを用いた気相化学反応を利用して、ガラス管と第1金属層との間に高純度で均一な構造の緩衝層を介在させることにより、第1金属層の表面(内周面)を均一な鏡面状態にすることができる。このため、さらなる低損失な中空光ファイバを製造することができる。   Further, by utilizing a gas phase chemical reaction using a silane-based gas or a silane-based gas and a nitrogen-based gas, a buffer layer having a high purity and a uniform structure is interposed between the glass tube and the first metal layer. The surface (inner peripheral surface) of the first metal layer can be in a uniform mirror surface state. For this reason, a further low-loss hollow optical fiber can be manufactured.

本発明の中空光ファイバの製造方法では、エアロゾル化ガスデポジション法によりガラス管の内周面に第1金属層を形成して得られた中空光ファイバプリフォーム管を、その内部を不活性雰囲気に保ちつつ不活性雰囲気に保たれた加熱炉で線引き延伸するようにしたので、1km以上の長尺の中空光ファイバを容易に製造することができる。また、線引き延伸によりコアとクラッドの境界面としての第1金属層の内周面における構造不整を極めて小さくすることができるため、より一層、低損失で且つ曲げに強い中空光ファイバを得ることができる。   In the method for producing a hollow optical fiber of the present invention, a hollow optical fiber preform tube obtained by forming a first metal layer on the inner peripheral surface of a glass tube by an aerosolized gas deposition method is used. Thus, a long hollow optical fiber having a length of 1 km or more can be easily manufactured because it is drawn and drawn in a heating furnace maintained in an inert atmosphere. Moreover, since the structural irregularity on the inner peripheral surface of the first metal layer as the interface between the core and the clad can be extremely reduced by drawing and drawing, it is possible to obtain a hollow optical fiber that is further low in loss and strong in bending. it can.

本発明の実施例1に係る中空光ファイバの概略構成図であり、(a)は横断面図、(b)は縦断面図。It is a schematic block diagram of the hollow optical fiber which concerns on Example 1 of this invention, (a) is a cross-sectional view, (b) is a longitudinal cross-sectional view. 中空光ファイバの製造工程図。Manufacturing process drawing of a hollow optical fiber. ガラス管の内周面に金属層を形成する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of forming a metal layer in the internal peripheral surface of a glass tube. 長尺な中空光ファイバに適した製造工程図。The manufacturing process figure suitable for a long hollow optical fiber. ファイバプリフォーム管を線引き延伸する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of drawing-drawing a fiber preform pipe | tube. 本発明の実施例2に係る中空光ファイバの図1相当図。The equivalent figure of FIG. 1 of the hollow optical fiber which concerns on Example 2 of this invention. 図2相当図。FIG. ガラス管の外周面に金属層を形成する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of forming a metal layer in the outer peripheral surface of a glass tube. 図4相当図。FIG. 本発明の実施例3に係る中空光ファイバの図1相当図。FIG. 1 is a view corresponding to FIG. 1 of a hollow optical fiber according to a third embodiment of the present invention. 図4相当図。FIG. ガラス管の内周面に緩衝層を形成する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of forming a buffer layer in the internal peripheral surface of a glass tube. 本発明の第1の変形例を示すものであり、ガラス管の内周面に金属層を形成する方法の別の例を説明するための図。The figure for demonstrating the 1st modification of this invention and explaining another example of the method of forming a metal layer in the internal peripheral surface of a glass tube. 本発明の第2の変形例を示すものであり、ガラス管の内周面に金属層を形成する方法の別の例を説明するための図。The figure for showing the 2nd modification of this invention and explaining another example of the method of forming a metal layer in the internal peripheral surface of a glass tube. 本発明の第3の変形例を示すものであり、ガラス管の内周面に緩衝層を形成した後、金属層を形成する方法の別の例を説明するための図。The figure for showing the 3rd modification of this invention and explaining another example of the method of forming a metal layer, after forming a buffer layer in the internal peripheral surface of a glass tube. 本発明の第4の変形例を示すものであり、ガラス管の内周面に金属層を形成する経済的な方法を説明するための図。The figure for demonstrating the 4th modification of this invention, and explaining the economical method of forming a metal layer in the internal peripheral surface of a glass tube.

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施例1に係る中空光ファイバを示す。同図(a)は中空光ファイバの径方向に沿う横断面図、同図(b)はX1-X1線に沿う縦断面図である。この中空光ファイバ1は、ガラス管2とその内周面に形成された金属層3から成る。ガラス管2の線膨張係数をA1、軟化点をT1とすると、金属層3には、線膨張係数がA1よりわずかに大きい値A2であり、融点がT1に近い値T2である金属が用いられている。中空光ファイバ1は細径のガラス管2で構成され、そのガラス管2の内周面に形成された金属層3がクラッドとして機能する。従って、図1に矢印5で示すように中空光ファイバ1内に入射した信号は、金属層3の表面で反射されてガラス管2の中空部4内を伝送する。   FIG. 1 shows a hollow optical fiber according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a transverse sectional view along the radial direction of the hollow optical fiber, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view taken along the line X1-X1. The hollow optical fiber 1 includes a glass tube 2 and a metal layer 3 formed on the inner peripheral surface thereof. If the linear expansion coefficient of the glass tube 2 is A1 and the softening point is T1, the metal layer 3 is made of a metal whose linear expansion coefficient is a value A2 slightly larger than A1 and whose melting point is a value T2 close to T1. ing. The hollow optical fiber 1 is composed of a thin glass tube 2, and a metal layer 3 formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 functions as a cladding. Therefore, as shown by an arrow 5 in FIG. 1, the signal incident into the hollow optical fiber 1 is reflected by the surface of the metal layer 3 and is transmitted through the hollow portion 4 of the glass tube 2.

前記中空光ファイバ1の外径は、伝送させる光信号のパワー、ビームスポットサイズ、および照射させる対象物の大きさに応じて選ばれる。例えば赤外光を伝送させる場合、中空光ファイバ1の外径は小さいもので150μm程度、大きいもので1000μm程度に設定されるのが一般的である。ただし、必要に応じて上記以外の大きさの外径を有する中空光ファイバ1を製造することもできる。
また、中空光ファイバ1の内径は小さいもので80μm程度、大きいもので800μm程度が一般的である。
The outer diameter of the hollow optical fiber 1 is selected according to the power of the optical signal to be transmitted, the beam spot size, and the size of the object to be irradiated. For example, when transmitting infrared light, the hollow optical fiber 1 is generally set to have a small outer diameter of about 150 μm and a large one of about 1000 μm. However, if necessary, the hollow optical fiber 1 having an outer diameter other than the above can be manufactured.
In general, the hollow optical fiber 1 has a small inner diameter of about 80 μm and a large inner diameter of about 800 μm.

金属層3の厚みは伝送させる光信号の光学的スキンデプスよりも十分に大きければ良く、精密に制御する必要はないが、成膜時における膜厚の均一性、鏡面状態を保持するためには0.5μmから5μmの範囲が好ましい。また、金属層3が薄すぎると反射面としての均一性が悪くなり、逆に厚すぎると線膨張係数のわずかな違いにより余分な応力がガラス管2に加わるので好ましくない。
なお、ガラス管2の外周には、中空光ファイバ1を曲げやすく、且つ扱いやすくするために、シリコン樹脂、ナイロン樹脂、UV樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂をコーテイングするとよい。
The thickness of the metal layer 3 need only be sufficiently larger than the optical skin depth of the optical signal to be transmitted, and does not need to be precisely controlled. However, in order to maintain the uniformity of the film thickness and the mirror state during film formation A range of 0.5 μm to 5 μm is preferred. On the other hand, if the metal layer 3 is too thin, the uniformity as the reflecting surface is deteriorated. On the other hand, if the metal layer 3 is too thick, excessive stress is applied to the glass tube 2 due to a slight difference in the linear expansion coefficient.
In order to make the hollow optical fiber 1 easy to bend and handle, it is preferable to coat a resin such as a silicone resin, a nylon resin, a UV resin, and a polyimide resin on the outer periphery of the glass tube 2.

次に、上記中空光ファイバ1の製造方法について図2〜図5を用いて説明する。まず、短尺な中空光ファイバ1に適した製造方法の例を図2及び図3を用いて説明する。
S1で示す工程は、中空光ファイバ1の出発材となる細径のガラス管2の内周面をクリーニングガスで洗浄する工程である。クリーニングガスとしてはCF、Cガスなどを用いることができる。不活性ガスと共にクリーニングガスをガラス管2の中に送り込み、当該ガラス管2の内周面を清浄化する。ガラス管2の外周を200℃から500℃の範囲で加熱しながら洗浄工程を行うと、ガラス管2の内周面がクリーニングガスでエッチングされるため、前記ガラス管2の内周面の荒れに起因する構造不整を低減することができる。
Next, the manufacturing method of the said hollow optical fiber 1 is demonstrated using FIGS. First, an example of a manufacturing method suitable for the short hollow optical fiber 1 will be described with reference to FIGS.
The step indicated by S1 is a step of cleaning the inner peripheral surface of the small-diameter glass tube 2 serving as a starting material for the hollow optical fiber 1 with a cleaning gas. As the cleaning gas, CF 4 , C 2 F 6 gas, or the like can be used. A cleaning gas is sent into the glass tube 2 together with the inert gas to clean the inner peripheral surface of the glass tube 2. If the cleaning process is performed while the outer periphery of the glass tube 2 is heated in the range of 200 ° C. to 500 ° C., the inner peripheral surface of the glass tube 2 is etched with the cleaning gas. The resulting structural irregularities can be reduced.

S2で示す工程は、ガラス管2の内周面に金属層3を形成する工程である。ここでは、エアロゾル化ガスデポジション法によりガラス管2の内周面に金属層3が形成される。即ち、まず、線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料14をエアロゾル容器13に入れておく。そして、不活性ガスをバルブ16を通して搬送管17aからエアロゾル容器13内に送り込む微粒子原料14をエアロゾル化する。不活性ガスにはAr、He、N2などを用いることができる。尚、微粒子原料14をエアロゾル化する方法は上記した作成条件に限定されない。例えば、エアロゾル容器を加熱してエアロゾル化しやすくする方法を用いてもよい。 The process indicated by S <b> 2 is a process for forming the metal layer 3 on the inner peripheral surface of the glass tube 2. Here, the metal layer 3 is formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 by the aerosolized gas deposition method. That is, first, a fine particle raw material 14 having a submicron particle diameter of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is put in an aerosol container 13. Then, the particulate raw material 14 that sends the inert gas through the valve 16 into the aerosol container 13 from the transport pipe 17a is aerosolized. Ar, He, N 2 or the like can be used as the inert gas. The method for aerosolizing the fine particle raw material 14 is not limited to the above-described preparation conditions. For example, a method of heating an aerosol container to make it easy to be aerosolized may be used.

エアロゾル化した微粒子原料14は前記不活性ガスと共に容器13内から搬送管17bに送り込まれる。搬送管17bはガラス管2内に一方端から挿入されており、先端部に出口17cが設けられている。従って、搬送管17bに送り込まれたエアロゾル化した微粒子原料14を含む不活性ガスは、矢印14aで示すように出口17cからガラス管2内に吹き出される。金属層3の形成開始時は、搬送管17bの出口17cはガラス管2の他端付近に位置しており、その後、徐々に矢印11で示す方向にガラス管2が移動されることにより、ガラス管2内における出口17cの位置が他端部から一端部に移動する。また、ガラス管2は、その外周から加熱源10で加熱されると共に当該ガラス管2内に吹き出された微粒子原料を含む不活性ガスは他端部から矢印18に示すように排気される。   The aerosolized fine particle raw material 14 is sent into the transfer pipe 17b from the container 13 together with the inert gas. The conveyance tube 17b is inserted into the glass tube 2 from one end, and an outlet 17c is provided at the tip. Therefore, the inert gas containing the aerosolized fine particle raw material 14 fed into the transport pipe 17b is blown into the glass tube 2 from the outlet 17c as indicated by an arrow 14a. At the start of the formation of the metal layer 3, the outlet 17c of the transfer tube 17b is located near the other end of the glass tube 2, and then the glass tube 2 is gradually moved in the direction indicated by the arrow 11, thereby The position of the outlet 17c in the pipe 2 moves from the other end to one end. Further, the glass tube 2 is heated by the heating source 10 from the outer periphery thereof, and the inert gas containing the fine particle raw material blown into the glass tube 2 is exhausted from the other end as indicated by an arrow 18.

なお、加熱源10には、電気炉、高周波炉、酸水素バーナなどを用いることができる。
また、ガラス管としては硬質ガラス管を挙げることができ、金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料としては、金、銀、アルミニウム、銅などを挙げることができる。これら金属の微粒子原料から金属層を形成する際の加熱温度は150℃から400℃の範囲が好ましい。この温度範囲で金属層を形成すると、ナノ粒子生成のための蒸発過程がないので、材料組成の変動を生じることなく所望の金属層を形成することができる。
As the heating source 10, an electric furnace, a high frequency furnace, an oxyhydrogen burner, or the like can be used.
Moreover, a hard glass tube can be mentioned as a glass tube, Gold, silver, aluminum, copper etc. can be mentioned as a fine particle raw material with a submicron particle diameter of a metal. The heating temperature for forming the metal layer from these fine metal particles is preferably in the range of 150 ° C to 400 ° C. When the metal layer is formed in this temperature range, there is no evaporation process for producing nanoparticles, so that a desired metal layer can be formed without causing a change in material composition.

この結果、ガラス管2内に吹き出した金属微粒子原料14により該ガラス管2の内周面全体に金属層3が形成され、もって中空光ファイバ1が製造される。特に、本実施例ではエアロゾル化ガスデポジション法により金属層3を形成したので、結晶構造が緻密で粒径の均一な金属層3をガラス管2の内周面に形成することができる。この結果、信号光に対して良好な反射面を実現することができる。
なお、ガラス管2を矢印12で示した方向に回転させながら金属層3の形成工程を行うようにすると、ガラス管2の内周面に円周方向及び長手方向に均一な膜厚の金属層3を形成することができる。
As a result, the metal layer 3 is formed on the entire inner peripheral surface of the glass tube 2 by the metal fine particle raw material 14 blown into the glass tube 2, and thus the hollow optical fiber 1 is manufactured. In particular, since the metal layer 3 is formed by the aerosolized gas deposition method in this embodiment, the metal layer 3 having a dense crystal structure and a uniform particle size can be formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2. As a result, it is possible to realize a good reflecting surface for the signal light.
In addition, when the formation process of the metal layer 3 is performed while rotating the glass tube 2 in the direction indicated by the arrow 12, the metal layer having a uniform film thickness in the circumferential direction and the longitudinal direction on the inner peripheral surface of the glass tube 2 3 can be formed.

また、金属層3の線膨張係数A2はガラス管2の線膨張係数A1よりもわずかに大きい値であるので、金属層3を形成して中空光ファイバ1を作成する時に当該中空光ファイバ1に不要な応力やひずみがかかりにくい。またガラス管2の軟化点T1と金属層3の融点T2がほぼ等しいので、ガラス管2の内面に高純度の金属層3を容易に形成することができる。   In addition, since the linear expansion coefficient A2 of the metal layer 3 is slightly larger than the linear expansion coefficient A1 of the glass tube 2, the hollow optical fiber 1 is formed when the hollow optical fiber 1 is formed by forming the metal layer 3. Unnecessary stress and strain are not easily applied. Further, since the softening point T1 of the glass tube 2 and the melting point T2 of the metal layer 3 are substantially equal, the high-purity metal layer 3 can be easily formed on the inner surface of the glass tube 2.

上述の製造方法を用いた短尺な中空光ファイバ1の具体的な製造例を以下に示す。
ガラス管2として、長さが2m、外径が800μm、内径が600μmの硬質ガラス管を作成しておき、その硬質ガラス管2内に一方端から挿入した搬送管17bに粒径1μm以下であるサブミクロン粒径の金の微粒子原料14をArガス(100cc/min(=1×10-4 m3/min)でエアロゾル化して送り込む。そして、ガラス管2内を他端部から排気しつつ上記ガラス管2の外周を加熱源10で200℃に加熱し、ガラス管2を一端部から他端部に向かう方向に0.5mm/secの速度で移動させながら、かつ上記ガラス管2を15rpm(15/60s-1)で回転させる。この結果、上記ガラス管2の内周面に厚みが約0.5μmの金層3が形成され、所望の中空光ファイバ1が得られた。
A specific manufacturing example of the short hollow optical fiber 1 using the manufacturing method described above will be shown below.
As the glass tube 2, a hard glass tube having a length of 2 m, an outer diameter of 800 μm, and an inner diameter of 600 μm is prepared, and the particle diameter is 1 μm or less in a transport tube 17 b inserted into the hard glass tube 2 from one end. The submicron-sized gold fine particle raw material 14 is aerosolized with Ar gas (100 cc / min (= 1 × 10 −4 m 3 / min) and then sent into the glass tube 2 while exhausting from the other end. The outer periphery of the glass tube 2 is heated to 200 ° C. by the heating source 10 and the glass tube 2 is moved at a speed of 0.5 mm / sec in the direction from one end to the other end while the glass tube 2 is moved at 15 rpm (15 / is rotated at 60s -1). As a result, the gold layer 3 having a thickness of approximately 0.5μm is formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2, the desired hollow optical fiber 1 is obtained.

次に、長尺な中空光ファイバ1の製造方法について図4及び図5を用いて説明する。
長尺な中空光ファイバ1の製造方法は、ガラス管2の内周面に金属層を形成して中空のファイバプリフォーム管21を作成する第1工程(S2‘)、前記ファイバプリフォーム管21内を不活性雰囲気に保ちつつ不活性雰囲気に保った線引き炉23内に一定速度で挿入し、溶融したファイバプリフォーム管21の下端を一定速度で延伸して中空形状の光ファイバ1を製造する第2工程(S3)とから成る。
第1工程は、図2のS2で示す工程とほぼ同じであるため、説明を省略する。また、図4には示していないが、短尺な中空光ファイバ1の製造工程と同様、第1工程の前に洗浄工程を行っても良い。
Next, the manufacturing method of the long hollow optical fiber 1 is demonstrated using FIG.4 and FIG.5.
The manufacturing method of the long hollow optical fiber 1 includes a first step (S2 ′) in which a metal layer is formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 to create a hollow fiber preform tube 21, and the fiber preform tube 21. A hollow-shaped optical fiber 1 is manufactured by inserting the melted fiber preform tube 21 at a constant speed into a drawing furnace 23 maintained in an inert atmosphere while keeping the interior in an inert atmosphere, and stretching the lower end of the molten fiber preform tube 21 at a constant speed. And the second step (S3).
The first step is substantially the same as the step indicated by S2 in FIG. Although not shown in FIG. 4, a cleaning process may be performed before the first process, as in the manufacturing process of the short hollow optical fiber 1.

第2工程では、ファイバプリフォーム管21を、その内部に不活性ガスを矢印22aで示すように流した状態、あるいはファイバプリフォーム管21の内部を不活性雰囲気に保った状態で、不活性雰囲気に保たれた線引き炉23内に一定速度vpで挿入する。そして、線引き炉23内で溶融したファイバプリフォーム管21の下端を一定速度vfで延伸してドラム30で巻き取ることによって中空形状の光ファイバ1を製造する。   In the second step, the fiber preform tube 21 is in an inert atmosphere in a state where an inert gas flows as indicated by an arrow 22a, or in a state where the inside of the fiber preform tube 21 is maintained in an inert atmosphere. Is inserted into the drawing furnace 23 kept at a constant speed vp. And the hollow optical fiber 1 is manufactured by extending | stretching the lower end of the fiber preform pipe | tube 21 fuse | melted in the drawing furnace 23 with the constant speed vf, and winding up with the drum 30. FIG.

ここで、中空光ファイバ1の直径dは、光ファイバプリフォーム管21の直径をDとすると、
d=D(vp/vf)1/2
で与えられる。
Here, when the diameter d of the hollow optical fiber 1 is D, the diameter of the optical fiber preform tube 21 is D
d = D (vp / vf) 1/2
Given in.

線引き炉23内を不活性雰囲気に保つ方法として、線引き炉23の上と下にガス導入ノズル24a、24bを設け、これらのノズル24a、24b内に矢印で示すように不活性ガスを送り込む。このとき、ノズル24a、24bに送り込まれた不活性ガスは、線引き炉23内に矢印25a、25bで示すように流れるようにし、線引き炉23の外に26a、26b、26c、26dで示すように流れ出るようにする。
このように光ファイバプリフォーム管21内を不活性雰囲気に保ちつつ不活性雰囲気に保たれた線引き炉23内で線引き延伸することにより、金属層の酸化を防ぐことができる。
As a method for keeping the drawing furnace 23 in an inert atmosphere, gas introduction nozzles 24a and 24b are provided above and below the drawing furnace 23, and an inert gas is fed into these nozzles 24a and 24b as indicated by arrows. At this time, the inert gas sent into the nozzles 24a and 24b flows in the drawing furnace 23 as indicated by arrows 25a and 25b, and as indicated by 26a, 26b, 26c and 26d outside the drawing furnace 23. Make it flow.
Thus, by drawing and drawing in the drawing furnace 23 maintained in the inert atmosphere while keeping the inside of the optical fiber preform tube 21 in the inert atmosphere, the oxidation of the metal layer can be prevented.

上述の製造方法を用いた長尺な中空光ファイバ1の具体的な製造例を以下に示す。
ガラス管2として外径が20mm、内径が17mm、長さが80cmの硬質ガラス管を用い、そのガラス管2の内周面に形成する金属層3として厚さ30μmの金層をエアロゾル化ガスデポジション法で形成する。硬質ガラス管の線膨張係数は8.5×10-6/K、軟化点は785℃であるのに対して、金層の線膨張係数は9×10-6/K、融点は1063℃であり、両者はよく似た物性である。このため、硬質ガラス管の内周面にエアロゾル化ガスデポジション法で金層を形成することができ、この結果、中空状のファイバプリフォーム管を作成することができる。
次に、得られたファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ不活性雰囲気に保たれた約1000℃近い温度の加熱炉で加熱して線引き延伸する。これにより、約1kmの長尺の中空光ファイバを製造することができた。この長尺な中空光ファイバ1は外径が500μm、内径が約425μm、金層の厚みが約0.75μmであった。
A specific manufacturing example of the long hollow optical fiber 1 using the manufacturing method described above will be shown below.
A hard glass tube having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 17 mm, and a length of 80 cm is used as the glass tube 2, and a 30 μm thick gold layer is formed as an aerosol gas gas as the metal layer 3 formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2. Form by the position method. The linear expansion coefficient of the hard glass tube is 8.5 × 10 −6 / K and the softening point is 785 ° C., whereas the linear expansion coefficient of the gold layer is 9 × 10 −6 / K and the melting point is 1063 ° C. Both have similar physical properties. For this reason, a gold layer can be formed on the inner peripheral surface of the hard glass tube by the aerosolized gas deposition method, and as a result, a hollow fiber preform tube can be produced.
Next, the obtained fiber preform tube is heated and drawn in a heating furnace having a temperature close to about 1000 ° C. kept in an inert atmosphere while keeping the inside of the fiber preform tube in an inert atmosphere. As a result, a long hollow optical fiber of about 1 km could be manufactured. This long hollow optical fiber 1 had an outer diameter of 500 μm, an inner diameter of about 425 μm, and a gold layer thickness of about 0.75 μm.

なお、上記した中空光ファイバ1においては、硬質ガラス管の線膨張率と金属層の線膨張係数が近い値であるので、ファイバプリフォーム管を線引き延伸する際に過剰な応力が発生してクラックが発生することを極力防止できる。また、得られた中空光ファイバ1は取り扱う上で割れや極端なひずみの発生、曲げによる破断などの実用的な問題が起き難かった。   In the hollow optical fiber 1 described above, since the linear expansion coefficient of the hard glass tube and the linear expansion coefficient of the metal layer are close to each other, excessive stress occurs when the fiber preform tube is drawn and stretched. Can be prevented as much as possible. Moreover, the obtained hollow optical fiber 1 was difficult to cause practical problems such as cracks, extreme strains, and breakage due to bending during handling.

得られた中空光ファイバ1を長さ10mにし、その中空部4に赤外光として波長10.6μmのCO2レーザ光(出力60W、ビームスポット径180μm)を入射させ、出口端でのCO2レーザ光の出力を測定した。その結果、入射光の約80%が伝搬していることがわかった。このように低損失特性が得られたのは線引き延伸によりコアとクラッド境界面の構造不整を極めて小さくすることができたためであると考えられる。 The obtained hollow optical fiber 1 has a length of 10 m, and CO 2 laser light having a wavelength of 10.6 μm (output 60 W, beam spot diameter 180 μm) is incident on the hollow portion 4 as infrared light, and a CO 2 laser at the exit end. The light output was measured. As a result, it was found that about 80% of the incident light propagates. The reason why the low loss characteristic is obtained in this way is considered to be that the structural irregularity between the core and the cladding interface can be extremely reduced by drawing.

図6は本発明の実施例2に係る中空光ファイバを示す。同図(a)は上記光ファイバの径方向に沿う横断面図、同図(b)は(a)のX2-X2線方向の縦断面図である。実施例2の中空光ファイバ6は、ガラス管2の外周面にも内周面に形成した金属層3と同じ金属から成る金属層7を形成した点が実施例1の中空光ファイバ1と異なる。以下の説明ではガラス管2の内周面に形成した金属層を第1金属層3と呼び、外周面に形成した金属層を第2金属層7と呼ぶ。   FIG. 6 shows a hollow optical fiber according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4A is a transverse sectional view along the radial direction of the optical fiber, and FIG. 4B is a longitudinal sectional view in the X2-X2 line direction of FIG. The hollow optical fiber 6 of Example 2 is different from the hollow optical fiber 1 of Example 1 in that a metal layer 7 made of the same metal as the metal layer 3 formed on the inner peripheral surface is formed on the outer peripheral surface of the glass tube 2. . In the following description, the metal layer formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 is referred to as a first metal layer 3, and the metal layer formed on the outer peripheral surface is referred to as a second metal layer 7.

実施例2の中空光ファイバ6においても、矢印5で示すように中空光ファイバ6内に入射した光信号は、第1金属層3の表面で反射されてガラス管2の中空部4内を伝送する。
ガラス管2の内周面にのみ金属層3を形成した構造ではガラス管2と金属層3の線膨張係数の違いに起因する非対称性によりひずみが生じるが、ガラス管2の内周面及び外周面の両方に同じ金属から成る金属層を形成した構造では、このようなひずみの発生を低減することができる。これにより、環境温度の変化により中空光ファイバ6に不要な応力やひずみが加わることを抑制できる。
Also in the hollow optical fiber 6 of the second embodiment, as shown by the arrow 5, the optical signal incident in the hollow optical fiber 6 is reflected by the surface of the first metal layer 3 and transmitted through the hollow portion 4 of the glass tube 2. To do.
In the structure in which the metal layer 3 is formed only on the inner peripheral surface of the glass tube 2, distortion occurs due to asymmetry due to the difference in the linear expansion coefficient between the glass tube 2 and the metal layer 3, but the inner peripheral surface and the outer periphery of the glass tube 2. In a structure in which a metal layer made of the same metal is formed on both surfaces, the occurrence of such strain can be reduced. Thereby, it can suppress that unnecessary stress and distortion are added to the hollow optical fiber 6 by the change of environmental temperature.

なお、第2金属層7は光信号の反射に寄与しないため、光学的スキンデプスとは無関係に膜厚を設定できるが、上述したひずみ発生を低減すること、光信号の漏れをふせぐこと、破損を防ぐことなどを考慮に入れて設定すると良く、その厚みは0.3μmから5μmの範囲が好ましい。本発明者は、ガラス管2の内周面及び外周面に形成する金属層3,7の厚みが5μm以下であれば、50mmの曲げ半径で中空光ファイバ6を曲げても実用上問題とならないことを確認している。   Since the second metal layer 7 does not contribute to the reflection of the optical signal, the film thickness can be set regardless of the optical skin depth. However, the above-described distortion can be reduced, the optical signal can be prevented from leaking, and the damage can be prevented. The thickness is preferably set in consideration of preventing the above, and the thickness is preferably in the range of 0.3 μm to 5 μm. If the thickness of the metal layers 3 and 7 formed on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the glass tube 2 is 5 μm or less, the present inventor has no practical problem even if the hollow optical fiber 6 is bent with a bending radius of 50 mm. I have confirmed that.

図7〜図9を用いて上記中空光ファイバ6の製造方法を説明する。まず、短尺な中空光ファイバ6に適した製造方法の例を図7及び図8を用いて説明する。短尺な中空光ファイバ6の製造方法は、S4で示す工程を有する点が図2に示す製造方法と異なる。即ち、中空光ファイバ6の出発材となる細径のガラス管2の内周面に第1金属層3を形成(S2)した後に、ガラス管2の外周面にも第1金属層3と同じ金属から成る第2金属層7を形成する(S4)。   A method for manufacturing the hollow optical fiber 6 will be described with reference to FIGS. First, an example of a manufacturing method suitable for the short hollow optical fiber 6 will be described with reference to FIGS. The manufacturing method of the short hollow optical fiber 6 is different from the manufacturing method shown in FIG. That is, after the first metal layer 3 is formed on the inner peripheral surface of the small-diameter glass tube 2 that is the starting material of the hollow optical fiber 6 (S2), the outer peripheral surface of the glass tube 2 is also the same as the first metal layer 3 A second metal layer 7 made of metal is formed (S4).

図8は、第2金属層7の形成工程(S4)で用いる装置を示している。図8の装置は図3に示す装置とほぼ同じ装置であるため、図3に示す装置と同一部分には同一符号を付している。まず、不活性ガス15をバルブ16を通して搬送管17aからエアロゾル容器13内に送り込み、サブミクロン粒径をもつ金属微粒子原料14をエアロゾル化すると、そのエアロゾル化した微粒子原料14は不活性ガスと共に搬送管17dに送り込まれ、当該搬送管17dの出口17eから吹き出される。   FIG. 8 shows an apparatus used in the second metal layer 7 formation step (S4). Since the apparatus of FIG. 8 is substantially the same apparatus as the apparatus shown in FIG. 3, the same parts as those of the apparatus shown in FIG. First, when the inert gas 15 is sent into the aerosol container 13 from the transfer pipe 17a through the valve 16 and the metal fine particle raw material 14 having a submicron particle size is aerosolized, the aerosolized fine particle raw material 14 together with the inert gas is transferred to the transfer pipe. 17d and blown out from the outlet 17e of the transfer pipe 17d.

搬送管17dはガラス管2の外周面から一定距離離間して配置されており、金属層7の形成開始時は、搬送管17dの出口17eはガラス管2の他端付近に位置している。その後、徐々に矢印11で示す方向にガラス管2が移動されることにより、ガラス管2の外周面に対する出口17eの位置が他端部から一端部に移動する。このとき、ガラス管2が矢印12で示した方向に回転される。この結果、ガラス管2の外周面に金属微粒子原料14から成る第2金属層7が円周方向及び長手方向に均一に形成される。   The transport pipe 17d is arranged at a certain distance from the outer peripheral surface of the glass tube 2, and the outlet 17e of the transport pipe 17d is located near the other end of the glass tube 2 when the formation of the metal layer 7 is started. Thereafter, the glass tube 2 is gradually moved in the direction indicated by the arrow 11, whereby the position of the outlet 17e with respect to the outer peripheral surface of the glass tube 2 is moved from the other end portion to one end portion. At this time, the glass tube 2 is rotated in the direction indicated by the arrow 12. As a result, the second metal layer 7 made of the metal fine particle raw material 14 is uniformly formed on the outer peripheral surface of the glass tube 2 in the circumferential direction and the longitudinal direction.

図9は長尺な中空光ファイバ6の製造方法を示している。この製造方法は、ガラス管2の内周面に第1金属層を形成する第1工程(S2‘)、ガラス管2の外周面に第2金属層を形成して中空の光ファイバプリフォーム管を作成する中間工程(S4’)、前記光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ不活性雰囲気に保った線引き炉内に一定速度で挿入して溶融したプリフォーム管の下端を一定速度で延伸して中空形状の光ファイバを製造する第2工程(S3)とから成る。
第1工程及び中間工程は、図8のS2で示す工程及びS4で示す工程とほぼ同じである。また、第2工程は、図4の第2工程とほぼ同じであるため、説明を省略する。
FIG. 9 shows a method for manufacturing a long hollow optical fiber 6. This manufacturing method includes a first step (S2 ′) of forming a first metal layer on the inner peripheral surface of the glass tube 2, and forming a second metal layer on the outer peripheral surface of the glass tube 2 to form a hollow optical fiber preform tube. An intermediate step (S4 ′) for forming the preform, and the lower end of the melted preform tube is inserted at a constant speed into a drawing furnace maintained in an inert atmosphere while maintaining the inside of the optical fiber preform tube at a constant speed. And a second step (S3) for producing a hollow optical fiber by drawing.
The first step and the intermediate step are substantially the same as the step indicated by S2 and the step indicated by S4 in FIG. Further, the second step is substantially the same as the second step in FIG.

図10は本発明の実施例3に係る中空光ファイバを示す。同図(a)は上記光ファイバの径方向に沿う横断面図、同図(b)は(a)のX3-X3線方向の縦断面図である。実施例3の中空光ファイバ8は、ガラス管2の内周面と金属層3との間に、線膨張係数がA1よりも小さい値A3で、融点がT1に近い値T3である緩衝層9が介在している点が実施例1の中空光ファイバ1と異なる。緩衝層9を介在させることにより、中空光ファイバ8を構成するガラス管2及び金属層3の材質をより広範囲から選ぶことができる。例えば、ガラス管2にはパイレックスガラス管や硬質ガラス管を用いることができ、金属層3には、金、銀、アルミニウム、銅等を用いることができる。   FIG. 10 shows a hollow optical fiber according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 2A is a transverse sectional view along the radial direction of the optical fiber, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view in the X3-X3 line direction of FIG. In the hollow optical fiber 8 of Example 3, the buffer layer 9 between the inner peripheral surface of the glass tube 2 and the metal layer 3 has a linear expansion coefficient A3 smaller than A1 and a melting point T3 close to T1. Is different from the hollow optical fiber 1 of the first embodiment. By interposing the buffer layer 9, the material of the glass tube 2 and the metal layer 3 constituting the hollow optical fiber 8 can be selected from a wider range. For example, a Pyrex glass tube or a hard glass tube can be used for the glass tube 2, and gold, silver, aluminum, copper, or the like can be used for the metal layer 3.

これらの材質から選ぶことにより、サブミクロン粒径をもつ金属微粒子原料を用いて均一な金属層3をガラス管2の内周面に成膜することができるようになる。このため、赤外光に対して良好な反射面を実現することができ、一層の低損失な中空光ファイバの実現が可能となる。   By selecting from these materials, a uniform metal layer 3 can be formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 using a metal fine particle raw material having a submicron particle diameter. For this reason, a favorable reflecting surface for infrared light can be realized, and a hollow optical fiber with even lower loss can be realized.

また、緩衝層9と金属層3の2層構造になっているので、中空部4内を伝搬する赤外光が中空光ファイバ8の外周から外部へ漏洩することを阻止することができる。従って、例えば、波長10.6μmの赤外光は人体に間違って照射されると非常に危険な光であるが、このような赤外光を用いた場合でも光ファイバ8からの漏洩を阻止できるため、使用上、安全な中空光ファイバを実現することができる。   Further, since the buffer layer 9 and the metal layer 3 have a two-layer structure, it is possible to prevent infrared light propagating in the hollow portion 4 from leaking from the outer periphery of the hollow optical fiber 8 to the outside. Therefore, for example, infrared light with a wavelength of 10.6 μm is extremely dangerous light if it is accidentally applied to the human body, but leakage from the optical fiber 8 can be prevented even when such infrared light is used. A hollow optical fiber that is safe in use can be realized.

さらに、中空部4内を伝搬する赤外光が中空光ファイバ8の外周から外部へ漏洩することを阻止するために緩衝層を設けた。緩衝層9と金属層3の2層構造にすることにより破損し難い、高強度な中空光ファイバを提供することができる。また、2層構造にすることによりガラス管2の内周面の荒れを緩衝層で緩和し、その上に金属層3を形成することによって結果的にクラッド表面の構造不整を大幅に低減できるため、より一層低損失な光ファイバを得ることが可能となる。   Further, a buffer layer is provided to prevent infrared light propagating through the hollow portion 4 from leaking from the outer periphery of the hollow optical fiber 8 to the outside. By adopting a two-layer structure of the buffer layer 9 and the metal layer 3, it is possible to provide a high-strength hollow optical fiber that is not easily damaged. Moreover, since the roughness of the inner peripheral surface of the glass tube 2 is reduced by the buffer layer by using the two-layer structure, and the metal layer 3 is formed thereon, the structural irregularity of the cladding surface can be greatly reduced as a result. Thus, it becomes possible to obtain an optical fiber with even lower loss.

前記緩衝層9は、ガラス管2と金属層3との機械的、物理的なつながりを緩和させることを目的として設けるため、その材質の候補としてSiかSiNを用いることができる。緩衝層9の厚みは金属層3の厚みよりも薄いことが望ましく、0.1μmから2μmの範囲が好ましい。   Since the buffer layer 9 is provided for the purpose of relaxing the mechanical and physical connection between the glass tube 2 and the metal layer 3, Si or SiN can be used as a candidate for the material. The thickness of the buffer layer 9 is desirably thinner than the thickness of the metal layer 3, and is preferably in the range of 0.1 μm to 2 μm.

中空光ファイバ8を構成するガラス管2の材質として硬質ガラス管を、緩衝層9の材質としてSi或いはSiNを挙げることができる。硬質ガラスの線膨張係数は8.5×10-6/K、軟化点は785℃であり、Siの線膨張係数は4.2×10-6/K、SiNの線膨張係数は2.2×10-6/Kである。また、金属層3として金層(線膨張係数は9×10-6/K)、銀層(線膨張係数は19×10-6/K)、Al層(線膨張係数は23.2×10-6/K)を挙げることができる。これらの材質を用いることにより、線膨張係数の高い硬質ガラス管2とさらに線膨張係数の高い金属層3の間に、ガラス管2及び金属層3のいずれよりも線膨張係数が小さい緩衝層9が介在することになる。このため、機械的に安定した光ファイバ構造を実現することができる。また、金属層3としてより反射率の高い金属層を選定することができる。 A hard glass tube can be used as the material of the glass tube 2 constituting the hollow optical fiber 8, and Si or SiN can be used as the material of the buffer layer 9. The linear expansion coefficient of hard glass is 8.5 × 10 −6 / K, the softening point is 785 ° C., the linear expansion coefficient of Si is 4.2 × 10 −6 / K, and the linear expansion coefficient of SiN is 2.2 × 10 −6 / K. It is. As the metal layer 3, a gold layer (linear expansion coefficient is 9 × 10 −6 / K), a silver layer (linear expansion coefficient is 19 × 10 −6 / K), an Al layer (linear expansion coefficient is 23.2 × 10 −6). / K). By using these materials, a buffer layer 9 having a smaller linear expansion coefficient than either the glass tube 2 or the metal layer 3 between the hard glass tube 2 having a high linear expansion coefficient and the metal layer 3 having a higher linear expansion coefficient. Will intervene. For this reason, a mechanically stable optical fiber structure can be realized. Further, a metal layer having a higher reflectance can be selected as the metal layer 3.

具体的な製造例について説明する。まず、ガラス管2として外径が20mm、内径が17mm、長さが80cmの硬質ガラス管を用い、そのガラス管の内周面に、シラン系ガスあるいはシラン系ガスと窒素系ガスを用いて気相化学反応法によりSiN層から成る緩衝層9を約20μmの厚みに形成する。その後、緩衝層9の表面にエアロゾル化ガスデポジション法で金層からなる金属層3を約30μmの厚みに形成し、もって中空状の光ファイバプリフォーム管を得た。   A specific manufacturing example will be described. First, a hard glass tube having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 17 mm, and a length of 80 cm is used as the glass tube 2, and the inner peripheral surface of the glass tube is gasified using silane-based gas or silane-based gas and nitrogen-based gas. A buffer layer 9 made of a SiN layer is formed to a thickness of about 20 μm by a phase chemical reaction method. Thereafter, a metal layer 3 made of a gold layer was formed to a thickness of about 30 μm on the surface of the buffer layer 9 by an aerosolized gas deposition method, thereby obtaining a hollow optical fiber preform tube.

次に、この中空状の光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ約1000℃近い温度の不活性雰囲気の線引き炉で加熱して線引き延伸することにより約1kmの長尺の中空光ファイバ8(外径が500μm、内径が約425μm、緩衝層の厚みが約0.5μm、金層の厚みが約0.75μm)を得ることができた。
この中空光ファイバ8を長さ10mに切断し、その中空光ファイバ8内の中空部4に赤外域の光として波長10.6μmのCO2レーザ光(出力60W、ビームスポット径180μm)を入射させ、中空光ファイバ8の出口端でCO2レーザ光の出力を測定した。その結果、80%近い値の光が伝搬したことがわかった。
Next, the hollow optical fiber preform tube is heated in a drawing furnace having an inert atmosphere at a temperature close to about 1000 ° C. while being kept in an inert atmosphere, and is drawn and drawn to make a long hollow optical fiber 8 having a length of about 1 km. (The outer diameter is 500 μm, the inner diameter is about 425 μm, the thickness of the buffer layer is about 0.5 μm, and the thickness of the gold layer is about 0.75 μm).
This hollow optical fiber 8 is cut to a length of 10 m, and CO 2 laser light having a wavelength of 10.6 μm (output 60 W, beam spot diameter 180 μm) is incident on the hollow part 4 in the hollow optical fiber 8 as infrared light. The output of the CO 2 laser beam was measured at the exit end of the hollow optical fiber 8. As a result, it was found that nearly 80% of light propagated.

この中空光ファイバ8は、実施例1の中空光ファイバ1よりも曲げ易かった。
また、実施例3の別の試作例として、硬質ガラス管の代わりにパイレックスガラス管から成るガラス管2を用いた構造についても検討したが、硬質ガラス管をガラス管2とした構造と同様の効果を有する光ファイバが得られることがわかった。
This hollow optical fiber 8 was easier to bend than the hollow optical fiber 1 of Example 1.
Further, as another prototype example of Example 3, a structure using a glass tube 2 made of a Pyrex glass tube instead of a hard glass tube was also examined. It was found that an optical fiber having

次に、上記中空光ファイバ8の製造方法について図11及び図12を用いて説明する。ここでは長尺な中空光ファイバ8に適した製造方法を例に挙げて説明する。この製造方法は、ガラス管2の内周面に金属層3を形成する前に緩衝層9を形成する予備工程(PS1)を有する点が図4に示す製造方法と異なる。   Next, the manufacturing method of the said hollow optical fiber 8 is demonstrated using FIG.11 and FIG.12. Here, a manufacturing method suitable for the long hollow optical fiber 8 will be described as an example. This manufacturing method differs from the manufacturing method shown in FIG. 4 in that it has a preliminary step (PS1) for forming the buffer layer 9 before forming the metal layer 3 on the inner peripheral surface of the glass tube 2.

予備工程では、まず、ガラス旋盤20にガラス管2を取り付けて矢印12で示すように円周方向に回転させ、このガラス管2内にその一方側から原料ガスであるSiH4ガスとN2ガス(あるいはNH4ガス)をキャリアガスと共に送り込む。
ここで、ガラス管2は、その直径が15mmから40mmの範囲が好ましく、この直径が大きいほど長尺の光ファイバを作成することができる。また、ガラス管2の肉厚は1mmから4mmの範囲が好ましく、厚いほど長尺の光ファイバを作成することができる。さらに、SiH4ガスとN2ガス(あるいはNH4ガス)のガス流量は50cc/minから1000cc/minの範囲が好ましく、緩衝層9の所望の屈折率を考慮に入れて選ぶ。原料ガスの流量が多いほど成膜速度を大きくすることができる。キャリアガスにはArかN2を用い、そのガス流量は原料ガス全体の流量と同程度か少し少ない方が好ましい。キャリアガスの流量が少ないと成膜速度は低下するが、膜の均一性は良くなり、逆にキャリアガスの流量が多いと成膜速度は大きくなるが、膜厚の均一性が低下する。
In the preliminary process, first, the glass tube 2 is attached to the glass lathe 20 and rotated in the circumferential direction as indicated by an arrow 12, and SiH 4 gas and N 2 gas as raw material gases are introduced into the glass tube 2 from one side thereof. (Or NH 4 gas) is sent in with the carrier gas.
Here, the glass tube 2 preferably has a diameter of 15 mm to 40 mm, and a longer optical fiber can be produced as the diameter increases. Further, the thickness of the glass tube 2 is preferably in the range of 1 mm to 4 mm, and a longer optical fiber can be produced as the thickness is increased. Further, the gas flow rates of SiH 4 gas and N 2 gas (or NH 4 gas) are preferably in the range of 50 cc / min to 1000 cc / min, and are selected in consideration of the desired refractive index of the buffer layer 9. The film forming rate can be increased as the flow rate of the source gas is increased. Ar or N 2 is preferably used as the carrier gas, and the gas flow rate is preferably the same as or slightly less than the flow rate of the entire source gas. If the flow rate of the carrier gas is small, the film formation rate decreases, but the film uniformity improves. Conversely, if the carrier gas flow rate is large, the film formation rate increases, but the film thickness uniformity decreases.

次に、ガラス管2の他方側から矢印19aで示すように排気しつつ該ガラス管2の外周方向から加熱源10を用いて該ガラス管2を400℃から600℃の範囲で加熱する。加熱源10には、電気炉、酸水素バーナなどを用いることができる。   Next, the glass tube 2 is heated in the range of 400 ° C. to 600 ° C. using the heating source 10 from the outer peripheral direction of the glass tube 2 while evacuating from the other side of the glass tube 2 as indicated by an arrow 19a. For the heating source 10, an electric furnace, an oxyhydrogen burner, or the like can be used.

そして、ガラス管2の一方側から他方側に向けて矢印11bで示す方向に加熱源10を移動させることにより加熱された領域のガラス管2の内周面にSiN層9を形成し、該加熱源10が他方端に達したら該加熱源10を矢印11aで示す方向に移動させて一方端側の最初の位置に戻して上記と同様のSiN 層9の成膜方法を複数回繰り返すことによって上記SiN 層9を複数層に形成して中空状のファイバプリフォーム管を得る。   And the SiN layer 9 is formed in the inner peripheral surface of the glass tube 2 of the heated area | region by moving the heating source 10 to the direction shown by the arrow 11b toward the other side from the one side of the glass tube 2, and this heating When the source 10 reaches the other end, the heating source 10 is moved in the direction indicated by the arrow 11a and returned to the first position on the one end side, and the same method of forming the SiN layer 9 as above is repeated a plurality of times. The SiN layer 9 is formed into a plurality of layers to obtain a hollow fiber preform tube.

この製造方法で得られる中空状のファイバプリフォーム管は、熱分解反応の利用による気相化学反応によってガラス管2の内周面にSiN層を形成しているので、均一な超微粒子で構成された緩衝層9(SiN層)を均一な厚みでガラス管2内に密着性良く形成することができる。このため、その後に形成する金属層3も均一な厚みで鏡面状態に形成することができる。その結果、金属層3は、例えば赤外線光の光を効率よく反射させてガラス管2内の中空部4内を伝送させることができる。しかも、不純物の混入が非常に少ない均一なSiN層を形成することができる。さらに、上記した反応は閉じた系で行われることから、外部からの不純物の混入を抑えることができるため、より一層均一なSiN層を形成することができ、不要な散乱の極めて少ない、低損失な光ファイバを得ることができる。   The hollow fiber preform tube obtained by this manufacturing method is composed of uniform ultrafine particles because the SiN layer is formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 by a gas phase chemical reaction using a thermal decomposition reaction. In addition, the buffer layer 9 (SiN layer) can be formed in the glass tube 2 with a uniform thickness and good adhesion. For this reason, the metal layer 3 to be formed thereafter can also be formed in a mirror surface state with a uniform thickness. As a result, the metal layer 3 can transmit the inside of the hollow part 4 in the glass tube 2 by efficiently reflecting, for example, infrared light. In addition, a uniform SiN layer with very few impurities can be formed. Furthermore, since the reaction described above is performed in a closed system, it is possible to suppress the entry of impurities from the outside, so that it is possible to form a more uniform SiN layer, extremely low unnecessary scattering, and low loss. Can be obtained.

なお、上記SiH4ガスの代わりに、SiH2Cl2を用いてもよい。SiH4ガスの代わりにSiH2Cl2を用いると、SiH4ガスの場合よりも約300℃も高い温度(700℃から800℃の範囲)でガラス管2の内壁面に気相化学反応を利用してより均一なSiN層を形成することができる。 Note that SiH 2 Cl 2 may be used instead of the SiH 4 gas. Using SiH 2 Cl 2 instead of the SiH 4 gas, utilizing a gas phase chemical reaction on the inner wall surface of the glass tube 2 at a SiH 4 temperatures above about 300 ° C. than in the case of gas (ranging from 700 ° C. to 800 ° C.) Thus, a more uniform SiN layer can be formed.

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。
図13は、ガラス管2を縦置きしてガラス管2の内周面に金属層3を形成する方法の別の例を示している。縦置きしたガラス管2には、その下端部から上方に向けて搬送管17bが挿入される。搬送管17bには、サブミクロン粒径をもつ金属微粒子原料14をエアロゾル化したものが不活性ガスと共に流され、先端の出口17cから矢印14aのように吹き出される。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, A suitable change is possible.
FIG. 13 shows another example of a method of vertically placing the glass tube 2 and forming the metal layer 3 on the inner peripheral surface of the glass tube 2. In the vertically placed glass tube 2, a transfer tube 17b is inserted upward from the lower end thereof. An aerosol of the metal fine particle raw material 14 having a submicron particle diameter is flowed to the transport pipe 17b together with an inert gas, and blown out from the outlet 17c at the tip as indicated by an arrow 14a.

図14は、ガラス管2の内周面に金属層3を形成する方法の別の例を示している。この例では、ガラス管2の入口付近に配置された搬送管17bの出口17cから、エアロゾル化した金属微粒子原料14を不活性ガスと共に矢印で示すように吹き出させて、ガラス管2の内周面に順次長手方向に金属層3を形成する。この方法によれば、細径で且つ長尺なガラス管2であっても、エアロゾル化したサブミクロン粒径をもつ金属微粒子原料14を不活性ガスと共に該ガラス管2内に供給して金属層3を形成することができる。なお、この方法においても、金属層3を形成する際、ガラス管2を円周方向に回転させても良い。
図15は、図14に示す方法でガラス管2の内周面に緩衝層9を形成した後、金属層3を形成する例を示している。図15に示す方法でも、図14に示す方法と同様の作用、効果が得られる。
FIG. 14 shows another example of a method for forming the metal layer 3 on the inner peripheral surface of the glass tube 2. In this example, the aerosolized metal fine particle raw material 14 is blown out together with an inert gas from the outlet 17c of the transport pipe 17b arranged near the inlet of the glass tube 2 as indicated by an arrow, and the inner peripheral surface of the glass tube 2 Then, the metal layer 3 is sequentially formed in the longitudinal direction. According to this method, even when the glass tube 2 is thin and long, the metal fine particle material 14 having an aerosolized submicron particle diameter is supplied into the glass tube 2 together with the inert gas to form the metal layer. 3 can be formed. In this method, the glass tube 2 may be rotated in the circumferential direction when the metal layer 3 is formed.
FIG. 15 shows an example in which the metal layer 3 is formed after the buffer layer 9 is formed on the inner peripheral surface of the glass tube 2 by the method shown in FIG. The method shown in FIG. 15 can provide the same operations and effects as the method shown in FIG.

図16は本発明の変形例3を示しており、ガラス管2の他端部側から排気したガスをエアロゾル容器13に導入する不活性ガスに重畳させるようにした点が上記した実施例1〜3と異なる。このような構成の変形例3によれば、排気ガス中に含まれるサブミクロン粒径を持つ金属微粒子を有効に活用することができ、経済的に中空光ファイバを製造することができる。   FIG. 16 shows a third modification of the present invention, and the point that the gas exhausted from the other end side of the glass tube 2 is superimposed on the inert gas introduced into the aerosol container 13 is the above-described first to first embodiments. Different from 3. According to Modification 3 having such a configuration, the metal fine particles having a submicron particle diameter contained in the exhaust gas can be effectively used, and a hollow optical fiber can be manufactured economically.

さらに、本発明の中空光ファイバは、波長10.6μmの赤外域の光信号を伝送させる光ファイバ用以外に、赤外域の波長2.1μmのHo:YAGレーザ伝送用、2.94μmのEr:YAGレーザ伝送用にも同様に適用することができる。また赤外域以外に紫外域の光信号、例えば、QスイッチNd:YAGレーザ第4高調波(波長266nm)伝送用にも適用することができる。このレーザを用いて本発明の中空光ファイバ内を伝送させれば、軟組織、硬組織への効果的な治療を期待できる。また半導体の微細加工や物質の表面改質において、ArFレーザ(発振波長193nm)やF2レーザ(発振波長157nm)、さらにはエキシマレーザ(発振波長266nm)を用いた加工用にも本発明の中空光ファイバを適用することができる。 Furthermore, the hollow optical fiber of the present invention is used for transmitting an infrared signal of 2.1 μm in a Ho: YAG laser, and for transmitting a 2.94 μm Er: YAG laser in addition to an optical fiber that transmits an optical signal in the infrared region of a wavelength of 10.6 μm. The same can be applied to the case. In addition to the infrared region, the present invention can also be applied to transmission of optical signals in the ultraviolet region, for example, Q-switched Nd: YAG laser fourth harmonic (wavelength 266 nm). If this laser is used to transmit through the hollow optical fiber of the present invention, effective treatment of soft tissue and hard tissue can be expected. In addition, in microfabrication of semiconductors and surface modification of materials, the hollow of the present invention is also used for processing using an ArF laser (oscillation wavelength 193 nm), F 2 laser (oscillation wavelength 157 nm), or even an excimer laser (oscillation wavelength 266 nm). An optical fiber can be applied.

1,6,8…中空光ファイバ
2…ガラス管
3…金属層(ガラス管の内周面の金属層)
4…中空部
7…金属層(ガラス管の外周面の金属層)
9…緩衝層
10…加熱源
13…エアロゾル容器
14…金属微粒子原料
1, 6, 8 ... hollow optical fiber 2 ... glass tube 3 ... metal layer (metal layer on the inner peripheral surface of the glass tube)
4 ... hollow part 7 ... metal layer (metal layer on the outer peripheral surface of the glass tube)
9 ... Buffer layer 10 ... Heat source 13 ... Aerosol container 14 ... Metal fine particle raw material

Claims (13)

a) 線膨張係数がA1、軟化点がT1のガラス管と、
b) 前記ガラス管の内周面に形成された、線膨張係数がA1よりもわずかに大きい値A2で、且つ、融点がT1に近い値T2である第1金属層と
からなる中空光ファイバ。
a) a glass tube with a linear expansion coefficient of A1 and a softening point of T1,
b) A hollow optical fiber formed on the inner peripheral surface of the glass tube and comprising a first metal layer having a linear expansion coefficient value A2 slightly larger than A1 and a melting point value T2 close to T1.
前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属から成る第2金属層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の中空光ファイバ。   The hollow optical fiber according to claim 1, wherein a second metal layer made of the same metal as the first metal layer is formed on an outer peripheral surface of the glass tube. 前記ガラス管の内周面と前記第1金属層との間に、線膨張係数がA1よりも小さい値A3で、且つ、融点がT1に近い値T3である緩衝層を有すること特徴とする請求項1又は2に記載の中空光ファイバ。   A buffer layer having a linear expansion coefficient A3 smaller than A1 and a melting point T3 close to T1 is provided between the inner peripheral surface of the glass tube and the first metal layer. Item 3. The hollow optical fiber according to Item 1 or 2. 前記ガラス管が硬質ガラス管から成り、前記第1金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかから形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の中空光ファイバ。   The hollow optical fiber according to claim 1 or 2, wherein the glass tube is made of a hard glass tube, and the first metal layer is made of any one of gold, silver, and aluminum. 前記ガラス管が硬質ガラス管又はパイレックス(登録商標)ガラス管から成り、前記緩衝層がSi又はSiNから形成され、前記第1金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかから形成されていることを特徴とする請求項3に記載の中空光ファイバ。   The glass tube is made of a hard glass tube or a Pyrex (registered trademark) glass tube, the buffer layer is made of Si or SiN, and the first metal layer is made of any one of gold, silver, and aluminum. The hollow optical fiber according to claim 3, wherein: 線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいか或いはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、
前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成して中空光ファイバを製造する方法。
A fine particle raw material with a submicron particle size of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material has a linear expansion coefficient substantially equal to or slightly smaller than A2 and is softened. Into a glass tube with a point T1 close to T2,
A method of manufacturing a hollow optical fiber by forming the first metal layer made of the fine particle raw material on the inner peripheral surface of the glass tube by heating the glass tube from the outer peripheral direction of the glass tube while exhausting the inside of the glass tube .
前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化して吹きつけることにより、前記微粒子原料から成る第2金属層を形成したことを特徴とする請求項6に記載の中空光ファイバの製造方法。   The second metal layer made of the fine particle material is formed on the outer peripheral surface of the glass tube by aerosolizing and spraying a fine particle material having the same metal submicron particle size as the first metal layer. The method for producing a hollow optical fiber according to claim 6. 前記微粒子原料をエアロゾル化するための容器を備え、前記ガラス管からの排気を前記容器内に戻すことを特徴とする請求項6又は7に記載の中空光ファイバの製造方法。   The method for producing a hollow optical fiber according to claim 6 or 7, further comprising a container for aerosolizing the particulate raw material, wherein exhaust from the glass tube is returned to the container. 線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいかあるいはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、
前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成して中空光ファイバプリフォーム管を作成する工程と、
前記中空光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ該中空光ファイバプリフォーム管の先端を溶融し、一定速度で延伸して光ファイバに線引きする工程と
を備えることを特徴とする中空光ファイバの製造方法。
A fine particle raw material with a submicron particle size of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material has a linear expansion coefficient substantially equal to or slightly smaller than A2 and softened. Into a glass tube with a point T1 close to T2,
A hollow optical fiber preform tube is formed by heating the glass tube from the outer peripheral direction of the glass tube while evacuating the glass tube to form a first metal layer made of the fine particle raw material on the inner peripheral surface of the glass tube. Creating a process;
A hollow optical fiber comprising a step of melting the tip of the hollow optical fiber preform tube while keeping the inside of the hollow optical fiber preform tube in an inert atmosphere, drawing the optical fiber by drawing at a constant speed Manufacturing method.
線膨張係数がA2で、融点がT2の金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化し、該エアロゾル化微粒子原料を線膨張係数がA2とほぼ等しいかあるいはわずかに小さい値A1で、且つ軟化点がT2に近い値T1であるガラス管内に送り込み、前記ガラス管内を排気しつつ該ガラス管の外周方向から前記ガラス管を加熱することにより該ガラス管の内周面に前記微粒子原料から成る第1金属層を形成する工程と、
前記ガラス管の外周面に、前記第1金属層と同じ金属のサブミクロン粒径をもつ微粒子原料をエアロゾル化して吹き付けることにより該ガラス管の外周面に前記微粒子原料から成る第2金属層を形成して中空光ファイバプリフォーム管を作成する工程と、
前記中空光ファイバプリフォーム管内を不活性雰囲気に保ちつつ該中空光ファイバプリフォーム管の先端を溶融し、一定速度で延伸して光ファイバに線引きする工程と
を備えることを特徴とする中空光ファイバの製造方法。
A fine particle raw material with a submicron particle size of a metal having a linear expansion coefficient of A2 and a melting point of T2 is aerosolized, and the aerosolized fine particle raw material has a linear expansion coefficient substantially equal to or slightly smaller than A2 and softened. The glass tube is fed into the glass tube whose value is T1 close to T2, and the glass tube is heated from the outer peripheral direction of the glass tube while exhausting the inside of the glass tube. Forming a metal layer;
The second metal layer made of the fine particle material is formed on the outer peripheral surface of the glass tube by aerosolizing and spraying the fine particle material having the same metal submicron particle size as the first metal layer on the outer peripheral surface of the glass tube. And the process of creating a hollow optical fiber preform tube,
A hollow optical fiber comprising a step of melting the tip of the hollow optical fiber preform tube while keeping the inside of the hollow optical fiber preform tube in an inert atmosphere, drawing the optical fiber by drawing at a constant speed Manufacturing method.
前記ガラス管の内周面に第1金属層を形成する前に、線膨張係数がA1よりも小さいA3で、且つ融点がT1に近い値T3の緩衝層を、シラン系ガスあるいはシラン系ガスと窒素系ガスを用いて気相化学反応により形成する予備工程を備えることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の中空光ファイバの製造方法。   Before forming the first metal layer on the inner peripheral surface of the glass tube, a buffer layer having a linear expansion coefficient A3 smaller than A1 and a melting point T3 close to T1 is set to silane-based gas or silane-based gas. The method for producing a hollow optical fiber according to any one of claims 6 to 10, further comprising a preliminary step of forming by a gas phase chemical reaction using a nitrogen-based gas. 前記ガラス管が硬質ガラス管から成り、前記第1金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかから形成されることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の中空光ファイバの製造方法。   The method for producing a hollow optical fiber according to any one of claims 6 to 10, wherein the glass tube is formed of a hard glass tube, and the first metal layer is formed of any one of gold, silver, and aluminum. . 前記ガラス管が硬質ガラス管又はパイレックスガラス管から成り、前記緩衝層がSi又はSiNから形成され、前記第1金属層が金、銀、アルミニウムのいずれかから形成されていることを特徴とする請求項11に記載の中空光ファイバの製造方法。   The glass tube is made of a hard glass tube or a Pyrex glass tube, the buffer layer is made of Si or SiN, and the first metal layer is made of any one of gold, silver, and aluminum. Item 12. A method for producing a hollow optical fiber according to Item 11.
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