JP2017505451A - 溶融温度が低いガラスを有する光拡散ファイバ - Google Patents

Abstract

光拡散ファイバであって、コアガラス組成物から構成された、ファイバ内のコア領域、およびコア領域を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された、ファイバ内の内側クラッドを備えた光拡散ファイバが提供される。このコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ2を有する低融点ドープシリカガラスを含み、ファイバの開口数は０．４以上である。さらに、散乱要素を含むジャケット、およびそのジャケット内に配列された複数の光拡散光ファイバを備えた、光拡散光ファイババンドルが提供される。また、透明ジャケット、およびそのジャケット内に配列された複数の光拡散光ファイバであって、複数の散乱要素を有する外側クラッドが設けられたファイバを備えた、光拡散光ファイババンドルが提供される。

Description

関連出願の説明

本出願は、その全内容が引用される、溶融温度が低いガラスを有する光拡散光ファイバと題する、２０１３年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／９０４１５１号の米国法典第３５編第１１９条（ｅ）の下での恩恵を主張するものである。

本発明は、広く、装飾照明、自動車照明、電化製品照明、水処理および浄水、並びに他の特別な照明用途を含む様々な用途のための、散乱がレイリー、ドーパント濃度および／または小角散乱効果の影響を受ける、光拡散光ファイバに関する。

ファイバの長さに沿った分布がかなり均一な光照射を作り出すためにファイバの長さに沿って光を半径方向外側に伝搬させることのできる光ファイバ構造が提案されてきた。そのような光拡散ファイバ（「ＬＤＦ」）は、数多くの用途、例えば、住居用の装飾外部照明、装飾車両照明、電化製品用内部照明にとって特に有用であり得る。

現行のＬＤＦ技術は、一般に、光を散乱させる目的のために構成された様々なサイズの欠陥を含む、溶融ＳｉＯ₂組成物から構成されたコア領域を有するファイバに限定されている。これらの欠陥を導入するために使用されるプロセスおよび溶融ＳｉＯ₂ガラス組成物自体に関連する加工は、比較的費用がかかる。さらに、これらのファイバにおける十分な開口数レベルには、低屈折率高分子クラッド材料、別の潜在的に費用のかかるプロセスを使用する必要がある。

したがって、特別な光散乱用途のためにより容易かつ費用効果的に調整することのできる構造および組成物を有するＬＤＦが必要とされている。

１つの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、コアガラス組成物から構成された、ファイバ内のコア領域、およびコア領域を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された、ファイバ内の内側クラッドを備える。このコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、ファイバの開口数は０．４以上である。

いくつかの実施の形態において、この光拡散光ファイバは、内側クラッドを取り囲み、高分子組成物から構成された外側クラッドをさらに備える。この外側クラッドは、内側層および散乱粒子がドープされた外側散乱層をさらに含むことがある。この外側クラッドは、散乱粒子がドープされた散乱層も備えることがある。

別の実施の形態によれば、光拡散光ファイババンドルは、散乱要素を含むジャケット、およびそのジャケット内に配列された複数の光ファイバを備える。各光ファイバは、コアガラス組成物から構成されたコア領域、およびコア領域を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッドを備える。各光ファイバのコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、ファイバの開口数は０．４以上である。

いくつかの実施の形態において、光拡散光ファイババンドルは、散乱要素がジャケット内の複数の光ファイバの間に配置された散乱充填剤であるように構成されている。その散乱充填剤に、ＴｉＯ₂粒子または他の散乱粒子をドープしてもよい。他の実施の形態において、光拡散光ファイババンドルは、散乱要素がジャケットの最も外側の部分内に配置された散乱層であるように構成されている。その散乱層に散乱粒子をドープしてもよい。

さらなる実施の形態によれば、光拡散光ファイババンドルは、透明ジャケット、およびそのジャケット内に配列された複数の光ファイバを備える。各光ファイバは、コアガラス組成物から構成されたコア領域と、コア領域を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッドと、内側クラッドを取り囲み、高分子組成物および複数の散乱要素から構成された、ファイバ内の外側クラッドとを備える。各光ファイバのコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、ファイバの開口数は０．４以上である。

いくつかの実施の形態において、光拡散光ファイババンドルは、各光ファイバ内の複数の散乱要素が複数のＴｉＯ₂粒子または他の散乱粒子であり、外側クラッドが内側層および複数の散乱要素を含有する外側散乱層をさらに含むように構成されている。他の実施の形態において、光拡散光ファイババンドルは、各光ファイバ内の複数の散乱要素が複数の散乱粒子であるように構成されている。

追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者にとって容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上を実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。

光拡散光ファイバの例示の実施の形態の概略斜視図 方向１Ｂ−１Ｂに沿って見た、図１Ａに示した光拡散光ファイバの長手方向の断面図 方向１Ｃ−１Ｃに沿って見た、図１Ａに示した光拡散光ファイバの断面図 図１Ａに示した光拡散光ファイバに関する相対屈折率対ファイバの半径をプロットしたグラフ 光拡散光ファイババンドルの例示の実施の形態の概略断面図 光拡散光ファイババンドルの別の例示の実施の形態の概略断面図

ここで、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。ここに開示された実施の形態は、各々が本発明の特定の効用を含む単なる例であることが理解されよう。

様々な改変および変更が、本発明の範囲内で以下の例に行われてもよく、異なる例の態様が、さらに別の例を実現するための異なる様式で組み合わされてもよい。したがって、本発明の真の範囲は、ここに記載された実施の形態を考慮するがそれには制限されずに、本開示の全体から理解すべきである。

「水平」、「垂直」、「前方」、「後方」などの用語、および直交座標の使用は、図面の参照のため、かつ記載を簡単にするためであり、絶対的な向きおよび／または方向に関して説明または請求項いずれも厳密に限定することを意図していない。

下記の本発明の説明において、以下の用語および句が、光拡散ファイバに関して使用される。

「屈折率プロファイル」は、屈折率または相対屈折率と、導波路（ファイバ）の半径との間の関係である。

「相対屈折率パーセント」は、

として定義され、式中、ｎ（ｒ）は、特に明記のない限り、半径ｒでの屈折率である。相対屈折率パーセントΔ（ｒ）％は、特に明記のない限り、８５０ｎｍで定義される。１つの態様において、基準屈折率ｎ_REFは、シリカガラスの８５０ｎｍでの１．４５２４９８の屈折率である。別の態様において、ｎ_REFは、８５０ｎｍでのクラッドガラスの最大屈折率である。ここに用いたように、特に明記のない限り、相対屈折率はΔにより表され、その値は「％」の単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_REFより低い場合、相対屈折率パーセントは負であり、低下領域または低下屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、特に明記のない限り、相対屈折率が最も負である地点で計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_REFより大きい場合、相対屈折率パーセントは正であり、その領域は、屈折率が増加している、または正の屈折率を有すると言うことができる。

「アップドーパント」は、ここでは、純粋なドープされていないＳｉＯ₂に対して光拡散光ファイバのある領域の屈折率を上昇させる傾向を有するドーパントであると考えられる。「ダウンドーパント」は、ここでは、純粋なドープされていないＳｉＯ₂に対して前記ファイバのある領域の屈折率を低下させる傾向を有するドーパントであると考えられる。アップドーパントは、アップドーパントではない他のドーパントを１種類以上伴う場合、負の相対屈折率を有する光拡散光ファイバのある領域中に存在してもよい。同様に、アップドーパントではない他のドーパントが１種類以上、正の相対屈折率を有する光拡散光ファイバのある領域中に存在してもよい。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない他のドーパントを１種類以上伴う場合、正の相対屈折率を有する光拡散光ファイバのある領域に存在してもよい。

同様に、ダウンドーパントではない他ドーパントが１種類以上、負の相対屈折率を有する光拡散光ファイバのある領域中に存在してもよい。

光拡散光ファイバの「開口数」（「ＮＡ」）は、

として定義され、式中、ＮＡはファイバの開口数であり、ｎ_coreはファイバのコア領域の屈折率であり、ｎ_cladは、ファイバのクラッド領域の屈折率である。

図１Ａ〜１Ｄを参照すると、光拡散光ファイバ４０の１つの実施の形態が示されている。光拡散光ファイバ４０は、概して、屈折率ｎ₁、および相対屈折率Δ₁を有するコア領域１０を備えている。コア領域１０は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスとして分類されるガラス組成物から構成されている。コア領域１０は、軸２を中心とする、１０μｍから約６００μｍの半径Ｒ₁を有してもよい。Ｒ₁が５０μｍから約６００μｍであることが好ましい。他の実施の形態において、Ｒ₁は約５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１４０μｍ、１６０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２２０μｍ、２４０μｍまたは２５０μｍである。

コア領域１０のガラス組成物は、ソーダ石灰ケイ酸塩ガラス、アルカリホウケイ酸ガラスまたはアルミノケイ酸塩ガラスとして特徴付けられることが好ましい。ソーダ石灰ケイ酸塩ガラスは、様々なレベルのＮａ₂Ｏ、ＣａＯおよびＳｉＯ₂を含み得る。例えば、適切なソーダ石灰ケイ酸塩ガラス組成物は、質量パーセントで与えられた７２ＳｉＯ₂−１７Ｎａ₂Ｏ−４ＣａＯ−５Ｌｉ₂Ｏ−２ＭｇＯである。アルカリホウケイ酸ガラスは、様々なレベルのＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびアルカリ、例えば、Ｎａ₂Ｏを含み得る。例えば、適切なアルカリホウケイ酸ガラス組成物は、質量パーセントで与えられた７５ＳｉＯ₂−１０Ｂ₂Ｏ₃−２５Ｎａ₂Ｏである。アルミノケイ酸塩ガラスは、様々なレベルのＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃を含み得る。このアルミノケイ酸塩ガラス組成物に、アルカリ、例えば、Ｎａ₂Ｏも含まれることがある。例えば、適切なアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、質量パーセントで与えられた５０．０〜７５．０ＳｉＯ₂−０．０〜２０．０Ｂ₂Ｏ₃−０．０〜１５．０Ａｌ₂Ｏ₃−０．０〜１．５Ｌｉ₂Ｏ−３．０〜１１．０Ｎａ₂Ｏを含む。

先に述べたように、光拡散光ファイバ４０のコア領域１０は、低融点ドープシリカガラスである。コア領域１０中のドーピングレベルは、光拡散光ファイバ４０の開口数ＮＡが０．４以上であるようにコア領域１０の屈折率を増加させるために十分であるべきである。コア領域１０をドープするために使用されるドーパントは、コア領域１０の屈折率ｎ₁を上昇させられるアップドーパントであることが好ましい。コア領域１０に適したドーパントとしては、ＴｉＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＧｅＯ₂、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｌａ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｐｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＮｄが挙げられる。これらのドーパントの組合せがコア領域１０においても実現可能である。例えば、コア領域１０に、１０モル％までのＴｉＯ₂、１５モル％までのＡｌ₂Ｏ₃、２０モル％までのＧｅＯ₂および／または２５モル％までのＰ₂Ｏ₅をドープすることができる。光拡散光ファイバ４０のコア領域１０に用いられるドーピングレベルが、電気通信産業において一般に使用される光ファイバのコア領域中のドーピングレベルを超えることが好ましい。光拡散光ファイバ４０を製造するために使用されるプロセス中にガス状または溶融物形態にあるドーパントをコア領域１０に導入することも好ましい。これにより、ドーパントを元素または分子レベルの極小サイズでコア領域１０内に均一に分布させることが確実になる。

まだ図１Ａ〜１Ｄを参照すると、光拡散光ファイバ４０は、コア領域１０を取り囲む内側クラッド２０を備えている。この内側クラッド２０は、コア領域１０のガラス組成物とは実質的に異なるガラス組成物から構成されている。内側クラッド２０は、屈折率ｎ₂、および外径Ｒ₂を有する。内側クラッド２０の組成物は、ｎ₂＜ｎ₁となる（図１Ｄ参照）ように選択されることが好ましい。ＮＡが０．４以上であることを確実にするために、コア領域１０の組成物を考慮して内側クラッド２０の組成物を選択することも好ましい。光拡散光ファイバ４０の内側クラッド２０にドープされていないガラス組成物を使用することも好ましい。いくつかの実施の形態において、内側クラッド２０は、ダウンドーパント、例えば、フッ素がダウンドープされたシリカガラスから構成され得る。他の実施の形態において、内側クラッド２０は、ｎ_REFが純粋なシリカガラスの屈折率により与えられるときに、負である相対屈折率（Δ₂）を有するガラスからなる。例えば、内側クラッド２０の相対屈折率Δ₂は、約−０．５％未満、いくつかの実施の形態において、−１％未満であることがある。

一般に、光拡散光ファイバ４０の内側クラッド２０は、概して、コア領域１０の外径Ｒ₁から外径Ｒ₂まで延在する（図１Ｃ参照）。いくつかの実施の形態において、内側クラッド２０の厚さ（すなわち、厚さ＝Ｒ₂−Ｒ₁）は、約１０μｍ超、約２０μｍ超、約５０μｍ超または約７０μｍ超である。いくつかの実施の形態において、内側クラッド２０の厚さは、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、または１００μｍである。

図１Ａ〜１Ｄを参照すると、光拡散光ファイバ４０は、内側クラッド２０を取り囲む外側クラッド３０をさらに備え得る。この外側クラッド３０は、屈折率ｎ₃、および相対屈折率Δ₃を有し、機械的取扱目的のために電気通信光ファイバに典型的な二次被覆材料、例えば、フッ素化または非フッ素化高分子組成物の透明層を備え得る。通常、外側クラッド３０の屈折率は、内側クラッド２０およびコア領域１０の屈折率よりも低いまたは高いことがあり得る（図１Ｄ参照）。図１Ｃに示されるように、外側クラッド３０は、ファイバの軸２から定義された半径Ｒ₃を有する。

図１Ｂおよび１Ｃに示されるように、外側クラッド３０は、内側層３４および内側層３４を取り囲む外側散乱層３６を備え得る。外側クラッド３０の外側散乱層３６に、ＴｉＯ₂粒子および／または他の散乱粒子などの、光散乱剤３２をドープすることができる。他の実施の形態において（図示せず）、外側クラッド３０は、内側層３４を持たずに、外側散乱層３６を備え得る。これらの実施の形態のいくつかにおいて、外側散乱層３６に、ＴｉＯ₂粒子などの光散乱剤３２をドープすることができる。外側散乱層３６は、例えば、ここに引用する米国特許出願第１３／７１３２２４号に見られる構成および方法にしたがって、調製することができる。

再び図１Ｂおよび１Ｃを参照すると、外側クラッド３０は、内側クラッド２０を取り囲み、一般に、接触している。外側クラッド３０、およびその副層である内側層３４と外側散乱層３６は、高分子被覆から構成されることが好ましい。この高分子被覆は、散乱剤３２をその中に添加できるどの液体ポリマーまたはプレポリマー材料から構成されてもよく、ここで、そのブレンドは、光拡散光ファイバ４０に液体として施し、次いで、ファイバに施された後に固体に転化されてもよい。いくつかの実施の形態において、外側クラッド３０は、アクリレート系ポリマー、例えば、イリノイ州、エルジン所在のＤＳＭ Ｄｅｓｏｔｅｃｈ社により製造されているＣＰＣ６、または複数の散乱剤３２をさらに含むシリコーン系ポリマーなどの高分子被覆から構成される。別の実施の形態において、外側クラッド３０は、大韓民国京畿道安山市檀園区４０３−２所在のＳＳＣＰ Ｃｏ．Ｌｔｄ．から得られるＰＣ４５２等の、ＵＶまたは熱硬化性フルオロアクリレートなどの低屈折率高分子材料から構成される。いくつかの実施の形態において、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．の標準ＣＰＣ６二次光ファイバ被覆などの標準的なＵＶ硬化性アクリレート系光ファイバ被覆に散乱剤３２をブレンドすることが最も効率的であった。散乱剤３２のブレンドを製造するために、３０質量％の散乱剤をＤＳＭ９５０−１１１二次ＣＰＣ６光ファイバ被覆中に混ぜ合わせ、次いで、その混合物を３ロール練り機に通すことによって、濃縮物を最初に製造した。次いで、これらの濃縮物を、被覆として直接施すか、またはＤＳＭ９５０−１１１でさらに希釈して、光拡散光ファイバ４０において所望の散乱効果を与えた。

いくつかの他の実施の形態において、外側クラッド３０は、コア領域１０から内側クラッド２０を通り光拡散光ファイバ４０から出て放射状に発せられる光の性質および／または角度分布の均一性を高めるために使用することができる。外側クラッド３０に含まれる散乱剤３２、および特に外側散乱層３６は、平均直径が約２００ｎｍから約１０μｍであるナノ粒子または微小粒子を含むことがある。いくつかの実施の形態において、散乱剤３２として用いられる粒子の平均直径は、約２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、または１０μｍである。散乱剤３２の濃度は、光拡散光ファイバ４０の長さに沿って変わっても、一定であってもよい。さらに、散乱剤３２の濃度は、総合減衰量を制限しながら、ファイバ４０から出る光の均一な散乱を提供するのに十分な質量パーセントのものであろう。いくつかの実施の形態において、外側クラッド３０中の散乱剤３２の質量パーセントは、約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、または５０％を含む。いくつかの実施の形態において、外側クラッド３０は、散乱剤３２として小さい粒子を有し、この粒子は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＳｉＯ₂、またはＺｒなどの、金属酸化物または他の高屈折率材料を含む。散乱剤３２として使用される散乱材料は、微小サイズまたはナノサイズの粒子または気泡などの低屈折率の空隙も含むことがある。

外側クラッド３０において、外側散乱層３６は、一般に、内側層３４が存在する場合、内側層３４の外径から延在する。そうでなけば、外側散乱層３６は、一般に、内側クラッド２０の外径Ｒ₂から、その外径Ｒ₃まで延在する（図１Ｃ参照）。ここに記載したいくつかの実施の形態において、外側散乱層３６の厚さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、または１００μｍ超である。

いくつかの実施の形態において、散乱剤３２は、以下に限られないが、光拡散光ファイバ４０のコア領域１０および内側クラッド２０から散乱する光の角度に関係ない分布を提供する、白色インクなどのＴｉＯ₂系粒子を含む散乱粒子を含有することがある。いくつかの実施の形態において、散乱剤３２は、外側クラッド３０内の外側散乱層３６内に位置している。例えば、いくつかの実施の形態において、外側散乱層３６の厚さは、約１μｍから約５μｍであることがある。他の実施の形態において、外側散乱層３６の厚さおよび／または外側散乱層３６内の散乱剤３２の濃度は、大角度（すなわち、約１５度より大きい角度）で光拡散光ファイバ４０から散乱する光の強度のばらつきをより均一にするように、そのファイバ４０の軸長さに沿って変えてもよい。

図１Ａおよび１Ｂを参照すると、光拡散光ファイバ４０が、その端部の一方に向けられた入射光１を、散乱光線４としてコア領域１０、内側クラッド２０および外側クラッド３０を通じて効率的に散乱させている。一般に、コア領域１０内の比較的高いレベルのドーパントにより、そのドーパントからの局部的な組成変動に関連する散乱寄与が与えられる。さらに、内側クラッド２０およびコア領域１０に用いられるガラス組成物間の粘度差は、コア領域１０および内側クラッド２０の間の界面での構造の不完全性をもたらす。これらの不完全性は、ファイバ４０の長さに沿って光を散乱させるその総合能力に対する小角度散乱（「ＳＡＳ」）寄与を促進する。その上、コア領域１０の比較的高い屈折率も、レイリー散乱効果により散乱を促進させる。全体として、光拡散光ファイバ４０に関連するこれらの光散乱寄与は、式（１）：

により規定され、式中、Ｂは、光拡散光ファイバ４０に関連する総合散乱損失であり、Ｂ_Rはレイリー散乱寄与であり、Ｂ_Cは、ドーパントからのコア領域１０中の組成変動に関連する散乱寄与であり、Ｂ_SASは、コア領域１０および内側クラッド２０に用いられるガラス組成物間の粘度差に関連する小角度散乱寄与である。

光拡散光ファイバ４０のコア領域１０内のレイリー散乱は、ガラスの仮想温度およびその組成の両方に依存する。特に、下記の式（２）は、ファイバ４０のコア領域１０に関連するレイリー散乱寄与Ｂ_Rを提供する：

式中、ｎは屈折率であり、ｐは応力光学係数であり、Ｋ_Tは等温圧縮率であり、Ｔ_gは、コア領域１０に選択されたガラス組成物のガラス転移温度である。先に論じたように、コア領域１０のガラス組成物は、特に、内側クラッド２０の屈折率ｎ₂と比較して、比較的高い屈折率ｎ₁を有するように選択される。コア領域１０中のドーパントレベルは、比較的高い屈折率ｎ₁の一因ともなる。コア領域１０における比較的高い屈折率ｎ₁は、式（２）により示されるように、高いレイリー散乱損失効果の一因となる。

その上、光拡散光ファイバ４０のコア領域１０中のドーパントレベルは、下記の式（３）：

により与えられるような組成に基づく散乱効果Ｂ_Cも提供し、式中、Ｖはコア領域１０中のドーパントのモル分率であり、ｎはコア領域１０の屈折率であり、ｄｎ／ｄｃはコア領域１０中の特定のドーパントに関連する屈折率変化であり、ｃはコア領域１０中のドーパントの濃度である。多数のドーパント、例えば、ＴｉＯ₂およびＺｎＯについて、各ドーパントに関する寄与は、別々に計算し、加えて、Ｂ_C散乱寄与を提供してもよい。各ドーパントに関連する効果的な散乱寄与は、ｄｎ／ｄｃ値に対して特に敏感である。先に論じたように、効果的なドーパントとしては、Ｇｅ、Ｐ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｎ、Ａｌなどの酸化物が挙げられる。これらのドーパントのほとんどは、各光拡散光ファイバ４０内の４００〜１７００ｎｍの波長範囲において入射光１の吸収に対する影響が非常に低い。それにもかかわらず、これらのドーパントを導入するために使用されるプロセスおよびファイバ４０のコア領域１０中のこれらのドーパントの比較的高いレベル（特に、電気通信用光ファイバ中のコアドーパントレベルと比べると）は、関心のある波長における吸収のために、ファイバ４０の光伝送を劣化させ得る。しかし、光拡散光ファイバ４０に意図する用途に関連する比較的短い適用長さでは、これらの吸収レベル（約１ｄＢ／ｍ）は許容される。

約０．１ｍから約１００ｍの一般的な長さ範囲において、特に、これらの長さでのコア領域１０中に使用されるドーパントに関連する限られた吸収損失を考慮して、光拡散光ファイバ４０を使用することが好ましい。ここに記載されたいくつかの実施の形態において、光拡散光ファイバ４０の長さは、一般に、約１００ｍ、７５ｍ、５０ｍ、４０ｍ、３０ｍ、２０ｍ、１０ｍ、９ｍ、８ｍ、７ｍ、６ｍ、５ｍ、４ｍ、３ｍ、２ｍ、１ｍ、０．７５ｍ、０．５ｍ、０．２５ｍ、０．１５ｍ、または０．１ｍである。

ＳＡＳ寄与Ｂ_SASは、コア領域１０および内側クラッド２０に用いられるガラス組成物間の粘度差に関連付けられる。特に、Ｂ_SAS寄与は、ダウンドロー法を使用した光拡散光ファイバ４０の形成中に、コア領域１０および内側クラッド２０の間の線引き不安定性に由来する。これらの不安定性は、コア領域１０および内側クラッド２０の間の界面での欠陥および他の微小変形をもたらし、小角度散乱効果を与える。Ｂ_SASの大きさは、レイリー散乱寄与Ｂ_Rの約１０〜１００％ほど大きくあり得る。

ここに記載された光拡散光ファイバ４０が約０．５から約５ｄＢ／ｍの範囲の散乱誘起減衰損失（４００から１７００ｎｍの波長で）を有することが都合よい。そのような光拡散光ファイバ４０は、先に記載された式（１）により与えられるような光散乱寄与を有する。特定の用途について、ファイバ４０を、約１から約２ｄＢ／ｍの範囲の散乱誘起減衰損失を有するように調整することが好ましい。他の用途において、ファイバ４０の減衰損失を約２から約５ｄＢ／ｍの範囲に調整することが好ましい。

ここに記載したように、光拡散光ファイバ４０は、その全長に沿って均一照射を生じるように構成することができる。他の実施の形態において、光拡散光ファイバ４０は、ファイバの全長より短いファイバのセグメントに沿って均一照射を生じるように構成することができる。ここに用いた「均一照射」という句は、光拡散ファイバ、例えば、光ファイバ４０から放射された光の強度が、指定長さに亘り２５％を超えて変動しないことを意味する。

ここに記載した光拡散光ファイバ４０は、様々な加工技法を使用して形成してよい。一般に、ファイバ４０は、ファイバ巻取りシステムにより光ファイバプリフォームから線引きされ、実質的に垂直な経路に沿って線引き炉を出る。Ｂ_SAS寄与を考慮して、コア領域１０および内側クラッド２０のガラス組成物を、それらは所定の線引き温度で粘度が不一致であるように選択することが好ましい。いくつかの実施の形態において、光拡散光ファイバ４０のコア領域１０および内側クラッド２０のガラス組成物は、ファイバ加工に選択された線引き温度で約１から約１０ポアズの範囲の絶対粘度不一致Δηを有するように選択される。すなわち、Δη＝｜η_コア−η_クラッド｜＝約１から１０ポアズ、式中、η_コアおよびη_クラッドは、所定の線引き温度での、それぞれ、コア領域１０および内側クラッド２０のガラス組成物の粘度である。

光拡散光ファイバ４０が線引き炉を出た後、ファイバ４０は、１つ以上の高分子層が施されて外側クラッド３０を形成するように被覆することができる。いくつかの実施の形態において、散乱剤３２を、外側クラッド３０の外側散乱層３６中に使用しても差し支えない。

図２を参照すると、光拡散光ファイババンドル１００の１つの実施の形態が示されている。光拡散光ファイババンドル１００は、実質的に透明な材料から構成されたジャケット７０を備えている。光ファイババンドル１００は、そのジャケット７０内に配列された複数の光拡散光ファイバ４０をさらに備えている。各光ファイバ４０は、コアガラス組成物から構成されたコア領域１０、およびコア領域１０を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッド２０を備えている。さらに、各光ファイバ４０は、内側クラッド２０を取り囲み、フッ素化ポリマーまたは非フッ素化組成物および複数の散乱要素３２から構成された外側クラッド３０を備えている。各光ファイバのコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、各ファイバ４０の開口数ＮＡは０．４以上である。その上、実質的に透明な材料から構成された充填剤６０が、ジャケット７０と光拡散光ファイバ４０との間に配置されている。

図１Ａ〜１Ｄに関連して先に記載された光拡散光ファイバ４０の様々な実施の形態のいずれを、図２に示された光拡散光ファイババンドル１００内に用いても差し支えないことが理解されよう。光拡散光ファイババンドル１００の作動は、ただ１つの光拡散光ファイバ４０の作動（図１Ａ参照）と実質的に変わらない。すなわち、入射光１がバンドル１００の端部の一方に向けられ、それによって、バンドル１００内に収容された各ファイバ４０の端部の一方に向けられる（図示せず）。入射光１は、各ファイバ４０内を移動し、コア領域１０、内側クラッド２０および外側クラッド３０を通って散乱光線４として出る。各光拡散光ファイバ４０は、例えば、式（１）により規定されるように、その長さに沿って光を散乱させ、散乱剤３２を含有する外側クラッド３０のおかげで、均一な角散乱を提供する。これらの散乱光線４は、次いで、実質的に透明な充填剤６０に入り、ジャケット７０を通ってファイババンドル１００から出る（図示せず）。

各バンドル１００内の光拡散光ファイバ４０の分布および濃度は、用途の寸法要件、バンドル１００の長さの関数としてのその用途に必要な光の量などを含む、様々な検討事項を考慮して、特定の照明用途に合わせて選択することができる。特定の用途のために所定のバンドル１００内に光拡散光ファイバ４０の多数構造（例えば、様々な散乱減衰損失レベルを有する光ファイバ４０の組合せ）を利用することもできる。

図３を参照すると、光拡散光ファイババンドル１００ａの別の実施の形態が示されている。光拡散光ファイババンドル１００ａは、散乱要素から構成されたジャケット７０ａを備えている。このバンドル１００ａは、ジャケット７０ａ内に配列された複数の光ファイバ４０ａをさらに備えている。この散乱要素は、散乱充填剤６０ａおよびジャケット７０ａの最も外側部分の散乱層７４を含む。充填剤６０ａは、ジャケット７０ａと光拡散光ファイバ４０ａとの間に配置されている。散乱要素６２および７２は、それぞれ、散乱充填剤６０ａおよび散乱層７４中に配置されている。光拡散光ファイバ４０の実施の形態に関連して先に記載した散乱剤３２と変わらず、散乱要素６２および７２にＴｉＯ₂粒子および／または他の散乱粒子を使用することが好ましい。

バンドル１００ａ内の各光拡散光ファイバ４０ａは、コアガラス組成物から構成されたコア領域１０、およびコア領域１０を取り囲み、コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッド２０を備えている。各光ファイバ４０ａのコアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、各ファイバ４０ａの開口数ＮＡは０．４以上である。

図１Ａ〜１Ｄに関連して先に記載された光拡散光ファイバ４０の様々な実施の形態のいずれを、これらのファイバ４０が外側クラッド３０を持たないように改良されている（すなわち、光拡散光ファイバ４０ａと変わらない）という条件で、図３に示された光拡散光ファイババンドル１００ａ内に用いても差し支えないことが理解されよう。光拡散光ファイババンドル１００ａの作動は、ただ１つの光拡散光ファイバ４０の作動（図１Ａ参照）と実質的に変わらない。すなわち、入射光１がバンドル１００ａの端部の一方に向けられ、それによって、バンドル１００ａ内に収容された各ファイバ４０ａの端部の一方に向けられる（図示せず）。入射光１は、各ファイバ４０ａ内を移動し、コア領域１０および内側クラッド２０を通って散乱光線４として出る。各光拡散光ファイバ４０ａは、例えば、式（１）により規定されるように、その長さに沿って光を散乱させる。さらに、散乱要素、すなわち、充填剤６０ａおよび／またはジャケット７０ａ内に含まれる散乱要素６２および７２のおかげで、光拡散光ファイババンドル１００ａによって、均一な角散乱が提供される。よって、入射光１は、各光拡散光ファイバ４０ａから、充填剤６０ａおよびジャケット７０ａを通り、次いで、バンド１００ａから散乱光線４として出る（図示せず）。

各バンドル１００ａ内の光ファイバ４０ａの分布および濃度は、用途の寸法要件、バンドル１００ａの長さの関数としてのその用途に必要な光の量などを含む、多くの検討事項を考慮して、特定の照明用途に合わせて選択することができる。特定の用途のために所定のバンドル１００ａ内に光拡散光ファイバ４０ａの多数構造（例えば、様々な散乱減衰損失レベルを有する光ファイバ４０ａの組合せ）を利用することもできる。

請求項の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。

１ 入射光
４ 散乱光線
１０ コア領域
２０ 内側クラッド
３０ 外側クラッド
３２ 散乱剤
３４ 内側層
３６ 外側散乱層
４０、４０ａ 光拡散光ファイバ
６０、６０ａ 充填剤
６２、７２ 散乱要素
７０、７０ａ ジャケット
７４ 散乱層
１００、１００ａ 光拡散光ファイババンドル

Claims (10)

1. 光拡散光ファイバにおいて、
   コアガラス組成物から構成された、前記ファイバ内のコア領域、および
   前記コア領域を取り囲み、前記コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された、前記ファイバ内の内側クラッド、
   を備え、
   前記コアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、前記ファイバの開口数は０．４以上である、光拡散光ファイバ。
2. 前記内側クラッドを取り囲み、高分子組成物から構成された、前記ファイバ内の外側クラッドをさらに備えた、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
3. 前記外側クラッドが、（ｉ）内側層および散乱粒子がドープされた外側散乱層、もしくは（ｉｉ）散乱粒子がドープされた散乱層、をさらに含む、請求項２記載の光拡散光ファイバ。
4. 光拡散光ファイババンドルにおいて、
   散乱要素を含むジャケット、および
   前記ジャケット内に配列された複数の光ファイバ、
   を備え、
   前記光ファイバの各々は、
   （ａ）コアガラス組成物から構成されたコア領域、および
   （ｂ）前記コア領域を取り囲み、前記コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッド、
   を備え、
   前記光ファイバの各々の前記コアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、前記ファイバの開口数は０．４以上である、光拡散光ファイババンドル。
5. （ｉ）前記散乱要素が、前記ジャケット内の前記複数の光ファイバの間に配置された散乱充填剤である、または（ｉｉ）前記散乱充填剤に散乱粒子がドープされている、請求項４記載の光拡散光ファイババンドル。
6. 光拡散光ファイババンドルにおいて、
   透明ジャケット、および
   前記ジャケット内に配列された複数の光ファイバ、
   を備え、
   前記光ファイバの各々は、
   （ａ）コアガラス組成物から構成されたコア領域と、
   （ｂ）前記コア領域を取り囲み、前記コアガラス組成物とは実質的に異なるクラッドガラス組成物から構成された内側クラッドと、
   （ｃ）前記内側クラッドを取り囲み、高分子組成物および複数の散乱要素から構成された、前記ファイバ内の外側クラッドと、
   を備え、
   前記光ファイバの各々の前記コアガラス組成物は、９０質量％未満のＳｉＯ₂を有する低融点ドープシリカガラスを含み、前記ファイバの開口数は０．４以上である、光拡散光ファイババンドル。
7. 前記コアガラス組成物が、ソーダ石灰ケイ酸塩ガラス、アルカリホウケイ酸ガラスおよびアルミノケイ酸塩ガラスからなる群より選択される、請求項１または２記載の光拡散光ファイバ、もしくは請求項４から６いずれか１項記載の光拡散光ファイババンドル。
8. 前記ファイババンドルが、０．５から５ｄＢ／ｍの光散乱を示す、請求項４から７いずれか１項記載の光拡散光ファイババンドル。
9. 前記光ファイバの各々が、ある線引き温度でのダウンドロー法を使用して製造され、
   前記コアガラス組成物および前記クラッドガラス組成物が、前記線引き温度で、該コアガラス組成物および該クラッドガラス組成物の間に１から１０ポアズの絶対粘度不一致が存在するように選択される、請求項１または２記載の光拡散光ファイバ、もしくは請求項４から６いずれか１項記載の光拡散光ファイババンドル。
10. 前記光ファイバの各々が、ダウンドロー法を使用して製造され、前記低融点ドープシリカガラスに、ガス状または溶融物形態にあるドーパントが前記ダウンドロー法中にドープされる、請求項４または６記載の光拡散光ファイババンドル。

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