JP2633866B2 - 中空光導波路 - Google Patents
中空光導波路Info
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- JP2633866B2 JP2633866B2 JP62254403A JP25440387A JP2633866B2 JP 2633866 B2 JP2633866 B2 JP 2633866B2 JP 62254403 A JP62254403 A JP 62254403A JP 25440387 A JP25440387 A JP 25440387A JP 2633866 B2 JP2633866 B2 JP 2633866B2
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- layer
- optical waveguide
- silver
- dielectric
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は誘電体を内装した中空光導波路に係り、特に
低損失でしかも可撓性のある中空光導波路に関するもの
で、医療及び工業加工に使用される炭酸ガスレーザ光の
伝送に好適である。
低損失でしかも可撓性のある中空光導波路に関するもの
で、医療及び工業加工に使用される炭酸ガスレーザ光の
伝送に好適である。
［従来の技術］ 炭酸ガスレーザは、発振効率が高く大出力を得ること
ができるため、医療用のレーザメスや、工業加工用の溶
接，切断等に広く用いられるようになってきている。し
かし、その発振波長が10.6μｍという赤外領域にあるた
め、従来の石英系光ファイバでは損失が大きく、炭酸ガ
スレーザ光用導波路として用いることはできない。従っ
て、現在炭酸ガスレーザ光を導く手段としては、複数の
ミラーを用いた空中伝送方式が主に採用されているが、
これは操作性において極めて不利である。
ができるため、医療用のレーザメスや、工業加工用の溶
接，切断等に広く用いられるようになってきている。し
かし、その発振波長が10.6μｍという赤外領域にあるた
め、従来の石英系光ファイバでは損失が大きく、炭酸ガ
スレーザ光用導波路として用いることはできない。従っ
て、現在炭酸ガスレーザ光を導く手段としては、複数の
ミラーを用いた空中伝送方式が主に採用されているが、
これは操作性において極めて不利である。
そこで、炭酸ガスレーザ光用導波路として赤外ファイ
バの開発が進められている。最近、より大きな電力伝達
を目的として誘電体を内装した金属中空光導波路が提案
され、第２図に示すようなゲルマニウム内装ニッケル中
空光導波路が試作されている（M.Miyagi,A.Hongo,Y.Aiz
awa,and S.Kawakami,Appl.Phys.Lett 43,430（198
3））。この製造方法はまずエッチング可能な母材パイ
プの外面にゲルマニウム層31をスパッタリングにより形
成し、さらにその外側にニッケル層32をめっきにより形
成した後、母材パイプをエッチングによって除去して中
空領域33を形成し、ゲルマニウム内装ニッケル中空光導
波路をえるものである。金属層にしみ込む伝送パワーの
深さ（スキンデプス）は十分浅く、光学的には金属層の
厚さは0.1μｍ程度あれば十分である。すなわちニッケ
ル層32は伝送損失に関与していると同時に機械的強度を
保つ働きもしている。誘電体に接する金属層としては、
電気めっきによって容易に厚膜の金属層が得られるとい
う理由で、第２図の従来例ではニッケルを材料として選
んでいる。しかしながら光学的には、金属層はその複素
屈折率の絶対値が十分大きいか、あるいは複素屈折率の
虚数部が実数部に比較し十分大きい材料を用いた方が伝
送損失は小さくなる。この点でニッケルよりも金，銀，
あるいは銅を用いた方が有利である。因に、波長10.6μ
ｍにおける各金属複素屈折率はNi:9.1−j34.8,Au:17.1
−j55.9,Ag:13.5−j75.3,Cu:14.1−j64.3である。
バの開発が進められている。最近、より大きな電力伝達
を目的として誘電体を内装した金属中空光導波路が提案
され、第２図に示すようなゲルマニウム内装ニッケル中
空光導波路が試作されている（M.Miyagi,A.Hongo,Y.Aiz
awa,and S.Kawakami,Appl.Phys.Lett 43,430（198
3））。この製造方法はまずエッチング可能な母材パイ
プの外面にゲルマニウム層31をスパッタリングにより形
成し、さらにその外側にニッケル層32をめっきにより形
成した後、母材パイプをエッチングによって除去して中
空領域33を形成し、ゲルマニウム内装ニッケル中空光導
波路をえるものである。金属層にしみ込む伝送パワーの
深さ（スキンデプス）は十分浅く、光学的には金属層の
厚さは0.1μｍ程度あれば十分である。すなわちニッケ
ル層32は伝送損失に関与していると同時に機械的強度を
保つ働きもしている。誘電体に接する金属層としては、
電気めっきによって容易に厚膜の金属層が得られるとい
う理由で、第２図の従来例ではニッケルを材料として選
んでいる。しかしながら光学的には、金属層はその複素
屈折率の絶対値が十分大きいか、あるいは複素屈折率の
虚数部が実数部に比較し十分大きい材料を用いた方が伝
送損失は小さくなる。この点でニッケルよりも金，銀，
あるいは銅を用いた方が有利である。因に、波長10.6μ
ｍにおける各金属複素屈折率はNi:9.1−j34.8,Au:17.1
−j55.9,Ag:13.5−j75.3,Cu:14.1−j64.3である。
［発明が解決しようとする課題］ 第２図のように金属層を100〜200μｍの厚さでめっき
によって形成した中空導波路ではめっき中に発生する残
留応力のため中空導波路にランダムな曲がりが発生しや
すく、伝送損失を十分低減することは難しい。また、繰
り返しの曲げに対して導波路が塑性変形を受けやすく、
特にニッケル層を無光沢めっきによって形成した導波路
ではわずかな曲がりでも塑性変形を受け、繰り返し曲げ
を行った後では亀裂が発生したり元の直線状態に戻らな
くなる。一方、硬質の光沢めっきを用いた導波路では弾
性変形の範囲内である程度の曲率で曲げることは可能だ
が、曲げ半径が小さくなると破断しやすくなる。いずれ
にせよ金属層を厚く設けた中空光導波路では、十分小さ
い曲げ半径でも曲げられる可撓性の優れた中空光導波路
を得ることは難しい。
によって形成した中空導波路ではめっき中に発生する残
留応力のため中空導波路にランダムな曲がりが発生しや
すく、伝送損失を十分低減することは難しい。また、繰
り返しの曲げに対して導波路が塑性変形を受けやすく、
特にニッケル層を無光沢めっきによって形成した導波路
ではわずかな曲がりでも塑性変形を受け、繰り返し曲げ
を行った後では亀裂が発生したり元の直線状態に戻らな
くなる。一方、硬質の光沢めっきを用いた導波路では弾
性変形の範囲内である程度の曲率で曲げることは可能だ
が、曲げ半径が小さくなると破断しやすくなる。いずれ
にせよ金属層を厚く設けた中空光導波路では、十分小さ
い曲げ半径でも曲げられる可撓性の優れた中空光導波路
を得ることは難しい。
このように従来の金属中空光導波路では、金属層が厚
く、そのため十分小さな曲げ半径で導波路を曲げること
ができないという欠点があった。
く、そのため十分小さな曲げ半径で導波路を曲げること
ができないという欠点があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、
小さな曲げ半径でも自由に曲げることができる可撓性に
優れた中空光導波路を提供することにある。
小さな曲げ半径でも自由に曲げることができる可撓性に
優れた中空光導波路を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明の中空光導波路は、使用するレーザ光の発振波
長域で吸収が小さく中空領域を区画形成する誘電体薄膜
と、該誘電体の外周に直接設けられた金属薄膜とが、そ
れらの円周方向に継目を有することなくパイプ状に形成
され、上記金属薄膜の外周にコーティングされてなる高
分子樹脂層を形成する中空光導波路において、上記金属
薄膜の材質が銀であり、この銀薄膜と上記高分子樹脂層
との間に、上記銀薄膜を電極として電気めっきにより形
成されたニッケル薄膜が設けられているものである。
長域で吸収が小さく中空領域を区画形成する誘電体薄膜
と、該誘電体の外周に直接設けられた金属薄膜とが、そ
れらの円周方向に継目を有することなくパイプ状に形成
され、上記金属薄膜の外周にコーティングされてなる高
分子樹脂層を形成する中空光導波路において、上記金属
薄膜の材質が銀であり、この銀薄膜と上記高分子樹脂層
との間に、上記銀薄膜を電極として電気めっきにより形
成されたニッケル薄膜が設けられているものである。
炭酸ガスレーザの発振波長10.6μｍにおいて、吸収の
小さい好適な誘電体材料としてGe,ZnS,ZnSe,KCl,NaCl,G
aAsカルコゲナイドガラス及びフッ化化合等があげられ
る。赤外波帯では電磁波の重要な伝送媒体となりうるこ
のような物質は全て誘電体としてふるまう。この誘電体
薄膜は一層内装させただけでも伝送損失は何も内装して
いない場合よりも２〜３桁程度低減されるが、屈折率の
異なる２種類の誘電体を交互に多層形成すればさらに伝
送損失は低減される。一方誘電体に接する金属層は前述
したように複素屈折率の大きさが十分大きいかあるいは
複素屈折率の虚数部が実数部に比較し十分大きい材料を
用いた方が有利である。本発明では誘電体に接する金属
薄膜として銀を用いており、この銀の薄膜は真空蒸着，
スパッタリング，イオンプレーティング，めっき等によ
って容易に形成することができる。また、高分子樹脂の
材料としては例えばポリエチレン，テフロン，ポリイミ
ド，シリコーン等の樹脂があげられる。
小さい好適な誘電体材料としてGe,ZnS,ZnSe,KCl,NaCl,G
aAsカルコゲナイドガラス及びフッ化化合等があげられ
る。赤外波帯では電磁波の重要な伝送媒体となりうるこ
のような物質は全て誘電体としてふるまう。この誘電体
薄膜は一層内装させただけでも伝送損失は何も内装して
いない場合よりも２〜３桁程度低減されるが、屈折率の
異なる２種類の誘電体を交互に多層形成すればさらに伝
送損失は低減される。一方誘電体に接する金属層は前述
したように複素屈折率の大きさが十分大きいかあるいは
複素屈折率の虚数部が実数部に比較し十分大きい材料を
用いた方が有利である。本発明では誘電体に接する金属
薄膜として銀を用いており、この銀の薄膜は真空蒸着，
スパッタリング，イオンプレーティング，めっき等によ
って容易に形成することができる。また、高分子樹脂の
材料としては例えばポリエチレン，テフロン，ポリイミ
ド，シリコーン等の樹脂があげられる。
［作用］ 機械的強度を保つために高分子樹脂を外部に被覆した
ので、繰り返しの曲げや曲率の小さな曲げが加えられて
も、高分子樹脂は可撓性に富むため、そのような曲げに
対する適応力が高く、光学的に薄膜で構成されている中
空光導波路でも極めて小さい曲げ半径で使用することが
可能となる。
ので、繰り返しの曲げや曲率の小さな曲げが加えられて
も、高分子樹脂は可撓性に富むため、そのような曲げに
対する適応力が高く、光学的に薄膜で構成されている中
空光導波路でも極めて小さい曲げ半径で使用することが
可能となる。
一方、外部を高分子樹脂としたことで問題となる伝送
損失は、誘電体膜の外側に導波路壁としての銀薄膜を設
けることによって低減している。
損失は、誘電体膜の外側に導波路壁としての銀薄膜を設
けることによって低減している。
また、銀薄膜と高分子樹脂層との間に、銀薄膜を電極
として電気メッキしたニッケル薄膜を設けたことによ
り、ニッケル薄膜は銀薄膜に強靭に付着し、高分子樹脂
層をコーティングする際に誘電体薄膜及び銀薄膜が損傷
しないよう保護することができる。
として電気メッキしたニッケル薄膜を設けたことによ
り、ニッケル薄膜は銀薄膜に強靭に付着し、高分子樹脂
層をコーティングする際に誘電体薄膜及び銀薄膜が損傷
しないよう保護することができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図を用いて説明する。
第１図はGeを内装した銀中空光導波路例である。ここ
で中空領域25を区画形成するGe層21とその上に設けたAg
層22は光学的に導波路壁を構成している。さらにその外
側に高分子樹脂層として耐熱性に優れたポリイミド層24
をコーティングしている。このポリイミド層24は機械的
強度を保つためのみの働きをしており、光学的には伝送
特性に関与せず、光パワーの大部分は中空領域25に集中
する。Ge層21とAg層22はスパッタリングによって、また
ポリイミド層24は浸漬によって形成されている。中空領
域25は直径1.5mmで各層の膜厚はGe層21が0.5μm,Ag層22
が0.1μm,ポリイミド層24が100μｍである。Ge層21の膜
厚は伝送損失に大きく影響し、伝送損失はGeの膜厚の変
化に従って周期的に変化する。Ag層22の膜厚さは電磁界
のしみ込む深さ（スキンデプス）以上あれば、狭義的に
は伝送損失に大きな影響を及ぼさないが、厚過ぎると曲
げによって剥離する場合が生じるので0.1μｍ程度が好
ましい。
で中空領域25を区画形成するGe層21とその上に設けたAg
層22は光学的に導波路壁を構成している。さらにその外
側に高分子樹脂層として耐熱性に優れたポリイミド層24
をコーティングしている。このポリイミド層24は機械的
強度を保つためのみの働きをしており、光学的には伝送
特性に関与せず、光パワーの大部分は中空領域25に集中
する。Ge層21とAg層22はスパッタリングによって、また
ポリイミド層24は浸漬によって形成されている。中空領
域25は直径1.5mmで各層の膜厚はGe層21が0.5μm,Ag層22
が0.1μm,ポリイミド層24が100μｍである。Ge層21の膜
厚は伝送損失に大きく影響し、伝送損失はGeの膜厚の変
化に従って周期的に変化する。Ag層22の膜厚さは電磁界
のしみ込む深さ（スキンデプス）以上あれば、狭義的に
は伝送損失に大きな影響を及ぼさないが、厚過ぎると曲
げによって剥離する場合が生じるので0.1μｍ程度が好
ましい。
なお、金属層に内装される誘電体としてはGeに限ら
ず、２種類の誘電体、例えばGeとZnSeを交互に多層内装
すればさらに低損失な導波路を得ることができる。
ず、２種類の誘電体、例えばGeとZnSeを交互に多層内装
すればさらに低損失な導波路を得ることができる。
また、Ag層は0.1μｍと薄いためポリイミド層24を浸
漬によってコーティングするときGe層21及びAg層22に傷
がつく危険性がある。これを避けるため、Ge層21上のAg
層22とポリイミド層24との間に、Ni層23を介在させると
効果的である。Ni層23はAg層22を電極として用いた電気
めっきによって容易に形成できる。電気めっきによって
形成されたNi層はAg層22に極めて強靭に付着し、ポリイ
ミドをコーティングするとき、Ag層22及びGe層21を保護
する。但しこの場合、あまり厚すぎると可撓性を損うの
でNi層23の膜厚は数μｍ程度にする必要がある。
漬によってコーティングするときGe層21及びAg層22に傷
がつく危険性がある。これを避けるため、Ge層21上のAg
層22とポリイミド層24との間に、Ni層23を介在させると
効果的である。Ni層23はAg層22を電極として用いた電気
めっきによって容易に形成できる。電気めっきによって
形成されたNi層はAg層22に極めて強靭に付着し、ポリイ
ミドをコーティングするとき、Ag層22及びGe層21を保護
する。但しこの場合、あまり厚すぎると可撓性を損うの
でNi層23の膜厚は数μｍ程度にする必要がある。
［発明の効果］ 本発明によれば次のような優れた効果が得られる。
（１） 薄膜で構成した導波路の外部に高分子樹脂を用
いて機械的強度をもたせているため、光導波路は可撓性
に富み、極めて小さい曲げ半径でも曲げることができ
る。
いて機械的強度をもたせているため、光導波路は可撓性
に富み、極めて小さい曲げ半径でも曲げることができ
る。
（２） また、誘電体薄膜上に導波路壁としての銀から
なる金属層を厚く形成しているため、可撓性を損うこと
なく、伝送損失を低減することができる。
なる金属層を厚く形成しているため、可撓性を損うこと
なく、伝送損失を低減することができる。
（３） 銀薄膜と高分子樹脂層との間に、銀薄膜を電極
として電気メッキしたニッケル薄膜を設けたことによ
り、ニッケル薄膜は銀薄膜に強靭に付着し、高分子樹脂
層をコーティングする際に誘電体薄膜及び銀薄膜が損傷
しないよう保護することができる。
として電気メッキしたニッケル薄膜を設けたことによ
り、ニッケル薄膜は銀薄膜に強靭に付着し、高分子樹脂
層をコーティングする際に誘電体薄膜及び銀薄膜が損傷
しないよう保護することができる。
第１図は本発明の一実施例を示すポリイミド樹脂によっ
て被覆されたゲルマニウム内装銀中空光導波路の横断断
面図、第２図は従来のゲルマニウム内装ニッケル中空光
導波路の横断面図である。 図中、21はGe層（誘電体薄膜）、22はAg（金属薄膜）、
23はNi層、24はポリイミド層（高分子樹脂層）、25は中
空領域である。
て被覆されたゲルマニウム内装銀中空光導波路の横断断
面図、第２図は従来のゲルマニウム内装ニッケル中空光
導波路の横断面図である。 図中、21はGe層（誘電体薄膜）、22はAg（金属薄膜）、
23はNi層、24はポリイミド層（高分子樹脂層）、25は中
空領域である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩田 恒夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−217005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−18904（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−206903（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】使用するレーザ光の発振波長域で吸収が小
さく中空領域を区画形成する誘電体薄膜と、該誘電体の
外周に直接設けられた金属薄膜とが、それらの円周方向
に継目を有することなくパイプ状に形成され、上記金属
薄膜の外周にコーティングされてなる高分子樹脂層を有
する中空光導波路において、上記金属薄膜の材質が銀で
あり、この銀薄膜と上記高分子樹脂層との間に、上記銀
薄膜を電極として電気めっきにより形成されたニッケル
薄膜が設けられていることを特徴とする中空光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254403A JP2633866B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 中空光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254403A JP2633866B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 中空光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196603A JPH0196603A (ja) | 1989-04-14 |
| JP2633866B2 true JP2633866B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=17264492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254403A Expired - Lifetime JP2633866B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 中空光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633866B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2827365B2 (ja) * | 1989-12-14 | 1998-11-25 | 日立電線株式会社 | 誘電体内装金属中空光導波路を用いたレーザ加工装置 |
| JP4733866B2 (ja) * | 2001-07-06 | 2011-07-27 | 丸茂電機株式会社 | 投影レンズ装置及びこれを備えたスポットライト |
| AU2007209775B2 (en) * | 2006-01-30 | 2013-03-14 | The University Of Sydney | Fibre optic dosimeter |
| JP2017146357A (ja) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 住友電気工業株式会社 | 中空光ファイバー、内視鏡装置、及び中空光ファイバーの製造方法 |
| US11018403B2 (en) | 2016-11-30 | 2021-05-25 | Pioneer Corporation | Electromagnetic wave transmission cable including a hollow dielectric tube surrounded by a foamed resin member having different expansion ratios at different regions therein |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4652083A (en) * | 1985-03-18 | 1987-03-24 | Laakmann Electro-Optics, Inc. | Hollow waveguide |
| JPS61206903U (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-27 |
-
1987
- 1987-10-08 JP JP62254403A patent/JP2633866B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0196603A (ja) | 1989-04-14 |
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