JP3395120B2 - 中空導波路とその製造方法 - Google Patents
中空導波路とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石英系光ファイバを用
いて伝送することができない赤外波長帯における光の伝
送媒体に関するものである。その中でも特に、適度な可
撓性を有し、また耐熱性の特徴も有する中空導波路及び
その製造方法に関するものである。
いて伝送することができない赤外波長帯における光の伝
送媒体に関するものである。その中でも特に、適度な可
撓性を有し、また耐熱性の特徴も有する中空導波路及び
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】波長２μｍ以上の赤外光は、工業加工、
医療、計測、分析、化学等非常に多くの分野で利用され
ている。特に３μｍ帯のＥｒ：ＹＡＧレーザ、５μｍ帯
のＣＯレーザ、１０μｍ帯のＣＯ２レーザは、発振効率
が高く高出力が得られるため、その大電力光エネルギー
の利用が工業加工を始め盛んに行われている。特にこれ
らの波長帯の光は水に対して大きく吸収されるため、歯
科治療やレーザメス等の医療分野における光源として極
めて重要である。
医療、計測、分析、化学等非常に多くの分野で利用され
ている。特に３μｍ帯のＥｒ：ＹＡＧレーザ、５μｍ帯
のＣＯレーザ、１０μｍ帯のＣＯ２レーザは、発振効率
が高く高出力が得られるため、その大電力光エネルギー
の利用が工業加工を始め盛んに行われている。特にこれ
らの波長帯の光は水に対して大きく吸収されるため、歯
科治療やレーザメス等の医療分野における光源として極
めて重要である。
【０００３】ところで、従来通信用として広く使用され
ている石英系光ファイバは、波長２μｍ以上の波長域に
おいては分子振動に起因する赤外吸収の増大のため極め
て伝送損失が大きくなる。この理由により、これらのレ
ーザ光の伝送媒体として石英系光ファイバの適用は困難
となる。
ている石英系光ファイバは、波長２μｍ以上の波長域に
おいては分子振動に起因する赤外吸収の増大のため極め
て伝送損失が大きくなる。この理由により、これらのレ
ーザ光の伝送媒体として石英系光ファイバの適用は困難
となる。
【０００４】そこで、波長２ｕｍから１２μｍの中赤外
波長帯の光を伝送するために、石英系光ファイバに代わ
る新しいタイプの光伝送路の研究開発が活発となってい
る。
波長帯の光を伝送するために、石英系光ファイバに代わ
る新しいタイプの光伝送路の研究開発が活発となってい
る。
【０００５】波長２μｍ以上の赤外光に対して、現在研
究開発が進められている伝送路は、伝送路の中心部が吸
収の小さな誘電体で充実された赤外用光ファイバと中空
状態の中空導波路に大別できる。
究開発が進められている伝送路は、伝送路の中心部が吸
収の小さな誘電体で充実された赤外用光ファイバと中空
状態の中空導波路に大別できる。
【０００６】充実タイプの赤外用光ファイバを材料から
分類すると、重金属酸化物ガラス（ＧｅＯ２、ＧｅＯ２
−Ｓｂ２Ｏ３等）、カルコゲナイドガラス（Ａｓ−Ｓ、
Ａｓ−Ｓｅ等）そしてハロゲン化物が挙げられる。ハロ
ゲン化物は、更にハライドガラス（ＺｎＣｌ２、ＣｄＦ
３−ＢａＦ２−ＺｒＦ４等）、結晶性金属ハロゲン化物
（ＫＲＳ−５、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＫＣｌ等）に分類
できる。
分類すると、重金属酸化物ガラス（ＧｅＯ２、ＧｅＯ２
−Ｓｂ２Ｏ３等）、カルコゲナイドガラス（Ａｓ−Ｓ、
Ａｓ−Ｓｅ等）そしてハロゲン化物が挙げられる。ハロ
ゲン化物は、更にハライドガラス（ＺｎＣｌ２、ＣｄＦ
３−ＢａＦ２−ＺｒＦ４等）、結晶性金属ハロゲン化物
（ＫＲＳ−５、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＫＣｌ等）に分類
できる。
【０００７】中空導波路は構造、材料、形状等の観点か
ら種々の導波路が提案、試作が行われている。その中で
特に、金属チューブ内部に高反射コーティングを施した
誘電体内装金属中空導波路は、大電力伝送のレーザ加工
に適用することを目的として提案されたものであり、ゲ
ルマニウムや硫化亜鉛の薄膜をニッケル等の金属パイプ
の内壁に形成（内装）した導波路が開発された。この導
波路の製造方法は、まずエッチング除去可能なアルミニ
ウム等からなる母材としてのパイプの外周にゲルマニウ
ムや硫化亜鉛等の無機材料の薄膜をスパッタリング法に
より形成し、更にその外周に電気めっき法によって、厚
肉のニッケル層を形成し、最後に母材を化学的にエッチ
ング除去するものである。ゲルマニウム又は硫化亜鉛薄
膜と機械的強度を保つ厚肉のニッケル層との間には銀薄
膜を介在させて、更なる低損失化も可能である。このよ
うな中空導波路は充実タイプの赤外光ファイバに比べ、
入出射端面での反射損失が極めて小さく、また中空タイ
入出射端面での反射損失が極めて小さく、また中空タイ
プのため導波路の外部だけではなく内部からの冷却が可
能であるため、特に大電力伝送に有利である。
ら種々の導波路が提案、試作が行われている。その中で
特に、金属チューブ内部に高反射コーティングを施した
誘電体内装金属中空導波路は、大電力伝送のレーザ加工
に適用することを目的として提案されたものであり、ゲ
ルマニウムや硫化亜鉛の薄膜をニッケル等の金属パイプ
の内壁に形成（内装）した導波路が開発された。この導
波路の製造方法は、まずエッチング除去可能なアルミニ
ウム等からなる母材としてのパイプの外周にゲルマニウ
ムや硫化亜鉛等の無機材料の薄膜をスパッタリング法に
より形成し、更にその外周に電気めっき法によって、厚
肉のニッケル層を形成し、最後に母材を化学的にエッチ
ング除去するものである。ゲルマニウム又は硫化亜鉛薄
膜と機械的強度を保つ厚肉のニッケル層との間には銀薄
膜を介在させて、更なる低損失化も可能である。このよ
うな中空導波路は充実タイプの赤外光ファイバに比べ、
入出射端面での反射損失が極めて小さく、また中空タイ
入出射端面での反射損失が極めて小さく、また中空タイ
プのため導波路の外部だけではなく内部からの冷却が可
能であるため、特に大電力伝送に有利である。
【０００８】更に、中空導波路の量産化、細径化及び長
尺化のため非晶質フッ素樹脂のコーティング法について
も検討が行われている。これは、フッ素樹脂を溶解した
溶液を、金属パイプもしくは金属薄膜を壁にコーティン
グしたガラスパイプにガスの圧力により充填と排出を行
い、最後に乾燥する簡便な方法である。そして、これら
一連の工程を繰り返すことにより、伝送光波長に対して
最適になるように膜厚制御できる。このことにより、中
空導波路の利点を生かしつつ量産、細径及び長尺であり
また長期信頼性の高い伝送路の実現が可能である。
尺化のため非晶質フッ素樹脂のコーティング法について
も検討が行われている。これは、フッ素樹脂を溶解した
溶液を、金属パイプもしくは金属薄膜を壁にコーティン
グしたガラスパイプにガスの圧力により充填と排出を行
い、最後に乾燥する簡便な方法である。そして、これら
一連の工程を繰り返すことにより、伝送光波長に対して
最適になるように膜厚制御できる。このことにより、中
空導波路の利点を生かしつつ量産、細径及び長尺であり
また長期信頼性の高い伝送路の実現が可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、赤外波長帯
で用いる充実タイプの光ファイバは通常屈折率が高い材
料により構成されており、入出射端面での反射損失が大
きくなり大電力伝送には不利な状況にある。また、前述
のガラス質の赤外光ファイバは、融点や軟化点が低いた
め、ファイバ端面での反射時における損傷が大きな問題
となる。またほとんどのファイバの透過領域は波長６μ
ｍ〜７μｍまでであり、ＣＯ２レーザ光に対しては伝送
が不可能である。更に結晶質のファイバは、その透過領
域はＣＯ２レーザの波長帯を含むものもあるが、ファイ
頼性に欠ける。
で用いる充実タイプの光ファイバは通常屈折率が高い材
料により構成されており、入出射端面での反射損失が大
きくなり大電力伝送には不利な状況にある。また、前述
のガラス質の赤外光ファイバは、融点や軟化点が低いた
め、ファイバ端面での反射時における損傷が大きな問題
となる。またほとんどのファイバの透過領域は波長６μ
ｍ〜７μｍまでであり、ＣＯ２レーザ光に対しては伝送
が不可能である。更に結晶質のファイバは、その透過領
域はＣＯ２レーザの波長帯を含むものもあるが、ファイ
頼性に欠ける。
【００１０】
一方、無機材料を内装した中空導波路は、
製造工程が複雑で量産化には限界があり、また細径化や
長尺化が困難である。前述した誘電体内装金属中空導波
路では内装する薄膜は、スパッタリング法により形成さ
れるので、その導波路の長さは製造装置に依存し、実際
に製作される導波路の長さは高々数ｍである。また導波
路の内径は、最終工程でエッチング除去される母材パイ
プの外径になる。母材パイプは完全に除去されなければ
ならず、そのため導波路の内径を極めて小さくすること
ができない。現状の導波路内径の最小は０．８ｍｍ程度
である。導波路径が大きいほど、機械的に曲げにくく、
また曲げ損失の増大の割合も導波路径が大きいほど顕著
であり、更に多くの高次モードの励振を招きやすくな
り、集光特性の劣化が起こるという、実用上の問題点が
残される。
製造工程が複雑で量産化には限界があり、また細径化や
長尺化が困難である。前述した誘電体内装金属中空導波
路では内装する薄膜は、スパッタリング法により形成さ
れるので、その導波路の長さは製造装置に依存し、実際
に製作される導波路の長さは高々数ｍである。また導波
路の内径は、最終工程でエッチング除去される母材パイ
プの外径になる。母材パイプは完全に除去されなければ
ならず、そのため導波路の内径を極めて小さくすること
ができない。現状の導波路内径の最小は０．８ｍｍ程度
である。導波路径が大きいほど、機械的に曲げにくく、
また曲げ損失の増大の割合も導波路径が大きいほど顕著
であり、更に多くの高次モードの励振を招きやすくな
り、集光特性の劣化が起こるという、実用上の問題点が
残される。
【００１１】
またフッ素樹脂を内装した中空導波路にも
問題点が残されている。一つは、使用するフッ素樹脂自
体の問題である。フッ素樹脂は熱変形が２６０℃程度か
ら起こるため、入射レーザ光に対する導波路の伝送可能
光電力が小さくなる。更に、４００℃以上では熱分解の
可能性があり人体に対して極めて有毒なフッ酸の発生の
危険性が挙げられる。また、フッ素樹脂は溌水性及び溌
油性を有するため、一度成膜された樹脂に対して溶液は
濡れにくくなり成膜速度が非常に小さくなる。
問題点が残されている。一つは、使用するフッ素樹脂自
体の問題である。フッ素樹脂は熱変形が２６０℃程度か
ら起こるため、入射レーザ光に対する導波路の伝送可能
光電力が小さくなる。更に、４００℃以上では熱分解の
可能性があり人体に対して極めて有毒なフッ酸の発生の
危険性が挙げられる。また、フッ素樹脂は溌水性及び溌
油性を有するため、一度成膜された樹脂に対して溶液は
濡れにくくなり成膜速度が非常に小さくなる。
【００１２】
フッ素樹脂以外の樹脂系材料については、
特開平４−２２３４０６号公報および特開平４−３２８
５０３号により可視から近赤外波長域において透明なポ
リイミド樹脂が開示されているが、本発明の利用用途と
して重要な２μｍから１２μｍの中赤外波長領域におけ
るその透明性は何ら議論がなされていない。そのため、
中赤外領域における中空導波路の内装誘電体膜としての
適用可能性については全く明らかとなっていない。
特開平４−２２３４０６号公報および特開平４−３２８
５０３号により可視から近赤外波長域において透明なポ
リイミド樹脂が開示されているが、本発明の利用用途と
して重要な２μｍから１２μｍの中赤外波長領域におけ
るその透明性は何ら議論がなされていない。そのため、
中赤外領域における中空導波路の内装誘電体膜としての
適用可能性については全く明らかとなっていない。
【００１３】更に、製造方法においての従来の問題点
は、特開昭６１−２８４７９号公報等に開示されている
樹脂材料等をガスの圧力による溶液の充填及び排出によ
る方法ではコーティングする管の内径や使用する溶液の
粘性度により成膜に問題を生じる場合がある。具体的に
は、内径１ｍｍ以下の導波路製作の場合、及び粘性度の
比較的高いポリイミド溶液の場合、毛細管現象等や溶液
の粘性度の作業環境温度依存性等によりその溶液の流速
は大きな影響を受け、成膜の再現性や均一性が非常に悪
化する可能性がある。
は、特開昭６１−２８４７９号公報等に開示されている
樹脂材料等をガスの圧力による溶液の充填及び排出によ
る方法ではコーティングする管の内径や使用する溶液の
粘性度により成膜に問題を生じる場合がある。具体的に
は、内径１ｍｍ以下の導波路製作の場合、及び粘性度の
比較的高いポリイミド溶液の場合、毛細管現象等や溶液
の粘性度の作業環境温度依存性等によりその溶液の流速
は大きな影響を受け、成膜の再現性や均一性が非常に悪
化する可能性がある。
【００１４】そこで、本発明の目的は上記課題を解決
し、２μｍから１２μｍの中赤外波長帯において低損失
で量産性に優れ、しかも耐熱性に優れた中空導波路及び
その中空導波路を安定に製造する方法を提供することに
ある。
し、２μｍから１２μｍの中赤外波長帯において低損失
で量産性に優れ、しかも耐熱性に優れた中空導波路及び
その中空導波路を安定に製造する方法を提供することに
ある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の中空導波
路を示す断面図である。
路を示す断面図である。
【００１６】上記目的を達成するため、同図に示すよう
に、中空の金属導波路、あるいは金属薄膜をコートした
ガラスもしくは更に樹脂を外部にコートしたガラスパイ
プ１と、このパイプ１の内側に設けられた（内装され
た）ポリイミド樹脂層２と、ポリイミド樹脂層２の内壁
によって形成される中空領域３とで誘電体内装金属中空
導波路４が形成されている。
に、中空の金属導波路、あるいは金属薄膜をコートした
ガラスもしくは更に樹脂を外部にコートしたガラスパイ
プ１と、このパイプ１の内側に設けられた（内装され
た）ポリイミド樹脂層２と、ポリイミド樹脂層２の内壁
によって形成される中空領域３とで誘電体内装金属中空
導波路４が形成されている。
【００１７】また、その安定な製造を可能とするため、
中空の金属導波路の中に溶媒を用いてポリイミド樹脂材
料を溶解した溶液を定量送液ポンプにより充填し、これ
を排出した後乾燥させて内壁にポリイミド樹脂層を均一
に形成すると共に、これら一連の成膜工程を繰り返すこ
とにより所望の膜厚のポリイミド樹脂層を形成できるよ
うにした。
中空の金属導波路の中に溶媒を用いてポリイミド樹脂材
料を溶解した溶液を定量送液ポンプにより充填し、これ
を排出した後乾燥させて内壁にポリイミド樹脂層を均一
に形成すると共に、これら一連の成膜工程を繰り返すこ
とにより所望の膜厚のポリイミド樹脂層を形成できるよ
うにした。
【００１８】
【作用】上記構成によれば、導波路内に伝送される光の
ほとんどが中空領域を伝搬し、光が導波路内を伝搬する
際にポリイミド樹脂層で吸収される光の量はわずかであ
るため、低損失な伝送が可能であり、しかも耐熱性を有
するため大きい伝送光電力にも耐えうる。
ほとんどが中空領域を伝搬し、光が導波路内を伝搬する
際にポリイミド樹脂層で吸収される光の量はわずかであ
るため、低損失な伝送が可能であり、しかも耐熱性を有
するため大きい伝送光電力にも耐えうる。
【００１９】また上記製造法によれば、樹脂の充填、排
出、乾燥、加熱の一連の成膜工程の繰り返し回数により
ポリイミド樹脂層の形成の制御が可能となる。しかも定
量送液ポンプを用いることにより、安定した流量が得ら
れるため内壁に塗布される樹脂量が均一になり、均一な
膜厚で再現性の高い成膜が可能となる。更にこの技術は
エッチング工程を用いないため導波路の細径化が容易と
なり、また導波路の長さも製造装置には依存しないため
に長尺化も容易となる。
出、乾燥、加熱の一連の成膜工程の繰り返し回数により
ポリイミド樹脂層の形成の制御が可能となる。しかも定
量送液ポンプを用いることにより、安定した流量が得ら
れるため内壁に塗布される樹脂量が均一になり、均一な
膜厚で再現性の高い成膜が可能となる。更にこの技術は
エッチング工程を用いないため導波路の細径化が容易と
なり、また導波路の長さも製造装置には依存しないため
に長尺化も容易となる。
【００２０】ここで、図２は中空導波路と内装誘電体の
膜厚と光の伝送損失との関係を示す図であり、横軸は内
装誘電体の膜厚、縦軸は薄膜の膜厚に対するＨＥ１１モ
ードの伝送損失をそれぞれ表している。ただし、ここで
伝送する光は波長１０．６μｍのＣＯ２レーザとし、導
波路径は０．８ｍｍとする。ゲルマニウムの屈折率が４
であるのに対し、前述のポリイミド樹脂は一般に屈折率
は低く、１．５５程度である。このため図２に示すよう
に、ポリイミド内装銀中空導波路の場合は、従来のゲル
マニウム内装銀中空導波路と比較して、内装する薄膜の
膜厚に対する最低損失が約１／３程度まで低減すること
ができる。更に伝送損失は、内装する薄膜に対して周期
的に変化するが、ポリイミド樹脂を内装した場合には伝
送損失の変化は緩やかとなり、薄膜の膜厚許容範囲を広
くとることができる。なお、以上のことは樹脂の吸収波
長帯を除く任意の波長でも同様であり、任意の使用波長
に対して低損失な導波路の実現が可能であることを示し
ている。
膜厚と光の伝送損失との関係を示す図であり、横軸は内
装誘電体の膜厚、縦軸は薄膜の膜厚に対するＨＥ１１モ
ードの伝送損失をそれぞれ表している。ただし、ここで
伝送する光は波長１０．６μｍのＣＯ２レーザとし、導
波路径は０．８ｍｍとする。ゲルマニウムの屈折率が４
であるのに対し、前述のポリイミド樹脂は一般に屈折率
は低く、１．５５程度である。このため図２に示すよう
に、ポリイミド内装銀中空導波路の場合は、従来のゲル
マニウム内装銀中空導波路と比較して、内装する薄膜の
膜厚に対する最低損失が約１／３程度まで低減すること
ができる。更に伝送損失は、内装する薄膜に対して周期
的に変化するが、ポリイミド樹脂を内装した場合には伝
送損失の変化は緩やかとなり、薄膜の膜厚許容範囲を広
くとることができる。なお、以上のことは樹脂の吸収波
長帯を除く任意の波長でも同様であり、任意の使用波長
に対して低損失な導波路の実現が可能であることを示し
ている。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００２２】図１に示すように、中空の金属導波路、あ
るいは金属薄膜をコートしたガラスもしくは更に樹脂を
外部にコートしたガラスパイプ１と、このパイプ１に内
装されたポリイミド樹脂層２と、ポリイミド樹脂層２の
内壁によって形成される中空領域３とで誘電体内装金属
中空導波路４が形成されている。導波路４内に入射され
る光（レーザ光）は中空領域３とポリイミド樹脂層２と
の境界及びポリイミド樹脂層２と銀薄膜との境界で反射
を繰り返して伝搬する。
るいは金属薄膜をコートしたガラスもしくは更に樹脂を
外部にコートしたガラスパイプ１と、このパイプ１に内
装されたポリイミド樹脂層２と、ポリイミド樹脂層２の
内壁によって形成される中空領域３とで誘電体内装金属
中空導波路４が形成されている。導波路４内に入射され
る光（レーザ光）は中空領域３とポリイミド樹脂層２と
の境界及びポリイミド樹脂層２と銀薄膜との境界で反射
を繰り返して伝搬する。
【００２３】一般に、導波路内を伝搬するレーザ光に対
して金属層は、光の吸収が大きく、レーザ光は金属層内
部に深く侵入しない。そのため、光学的には耐熱性高分
子層に接する金属層の厚さはスキンデプス以上あれば十
分である。
して金属層は、光の吸収が大きく、レーザ光は金属層内
部に深く侵入しない。そのため、光学的には耐熱性高分
子層に接する金属層の厚さはスキンデプス以上あれば十
分である。
【００２４】更に、導波路の機械的強度を保つために補
強層を上記の層の外部に形成する必要がある。そのた
め、金属やガラス等がその補強層として採用されてい
る。特に、製造技術や導波路の特性の観点から、非常に
有用である内面が極めて整っているガラスパイプを、そ
のままでは脆いためガラスの外側に対して樹脂を塗布し
て強度を高めたパイプが補強層として最適である。
強層を上記の層の外部に形成する必要がある。そのた
め、金属やガラス等がその補強層として採用されてい
る。特に、製造技術や導波路の特性の観点から、非常に
有用である内面が極めて整っているガラスパイプを、そ
のままでは脆いためガラスの外側に対して樹脂を塗布し
て強度を高めたパイプが補強層として最適である。
【００２５】一般に有機材料特有の吸収波長帯が存在す
る。しかしながら、これは波長に対して離散的に存在
し、成膜する材料を適当に選択することにより、使用波
長帯で低損失な導波路が実現できる。ポリイミド樹脂
は、波長６μｍから９μｍで吸収を示すため赤外で重要
なＥｒ：ＹＡＧ、ＣＯ、ＣＯ２レーザの発振波長を避け
ることができる。
る。しかしながら、これは波長に対して離散的に存在
し、成膜する材料を適当に選択することにより、使用波
長帯で低損失な導波路が実現できる。ポリイミド樹脂
は、波長６μｍから９μｍで吸収を示すため赤外で重要
なＥｒ：ＹＡＧ、ＣＯ、ＣＯ２レーザの発振波長を避け
ることができる。
【００２６】また、材料固有の吸収帯を除いた波長域で
も一般に有機材料の吸収係数はゲルマニウムや硫化亜鉛
等の無機物と比較すれば大きく、特にこのことは赤外領
域で顕著である。しかし、充実タイプの光ファイバとは
異なり、中空導波路は伝送されるレーザ光のほとんど
が、損失のない中空領域３に集中し、わずかにポリイミ
ド樹脂層２に吸収されるだけであるため、伝送損失は小
さい。
も一般に有機材料の吸収係数はゲルマニウムや硫化亜鉛
等の無機物と比較すれば大きく、特にこのことは赤外領
域で顕著である。しかし、充実タイプの光ファイバとは
異なり、中空導波路は伝送されるレーザ光のほとんど
が、損失のない中空領域３に集中し、わずかにポリイミ
ド樹脂層２に吸収されるだけであるため、伝送損失は小
さい。
【００２７】また、誘電体内装金属中空導波路では、内
装される誘電体薄膜の屈折率が１．４１に近いほど伝送
損失は小さくなることが理論的に開示されている。ポリ
イミドの屈折率は１．５から１．６程度であり、一般の
有機材料と同様に低屈折率であるポリイミド樹脂は内装
する誘電体としてはほぼ理想的な材料である。
装される誘電体薄膜の屈折率が１．４１に近いほど伝送
損失は小さくなることが理論的に開示されている。ポリ
イミドの屈折率は１．５から１．６程度であり、一般の
有機材料と同様に低屈折率であるポリイミド樹脂は内装
する誘電体としてはほぼ理想的な材料である。
【００２８】ポリイミド樹脂を用いることの最大の利点
としては、その耐熱性にある。前述したように有機材料
層を伝送する光エネルギーはわずかであり、その伝送損
失には影響が殆どないが、伝送電力の増加によりそのわ
ずかな光エネルギーも増加するため、誘電体層が高温に
なる。そのため、一般の有機材料ではそのわずかなエネ
ルギーに対しても耐えられない可能性があり、熱変形や
熱分解による有害物質発生の懸念がある。それに対し
て、軟化点が７００℃と非常に高いポリイミド樹脂を誘
電体薄膜として用いることにより、有機材料の特徴をそ
のままに生かしながら伝送電力を飛躍的に向上すること
が可能となり、レーザ光の大電力エネルギーを利用する
応用に対して適用が可能となる。
としては、その耐熱性にある。前述したように有機材料
層を伝送する光エネルギーはわずかであり、その伝送損
失には影響が殆どないが、伝送電力の増加によりそのわ
ずかな光エネルギーも増加するため、誘電体層が高温に
なる。そのため、一般の有機材料ではそのわずかなエネ
ルギーに対しても耐えられない可能性があり、熱変形や
熱分解による有害物質発生の懸念がある。それに対し
て、軟化点が７００℃と非常に高いポリイミド樹脂を誘
電体薄膜として用いることにより、有機材料の特徴をそ
のままに生かしながら伝送電力を飛躍的に向上すること
が可能となり、レーザ光の大電力エネルギーを利用する
応用に対して適用が可能となる。
【００２９】図３は図１に示した中空導波路の製造方法
を説明するための説明図である。
を説明するための説明図である。
【００３０】同図に示すように、容器１０内に溶媒にポ
リイミド樹脂材料（一例として東レ社性、ポリイミド樹
脂トレニース）が溶解されている溶液１１が収容されて
いる。その上方に設置されている溶液流出管１２は電磁
石１３に固定されている。溶液流出管１２の終端にはパ
イプ１４（図１のパイプ１に相当）が着脱可能に接続さ
れて、更にパイプ１４の終端には溶液流出管１５が着脱
可能に接続され、ポンプ１６に接続されている。パイプ
１４は、金属製あるいは金属薄膜が既に内装されている
ガラス製、もしくは樹脂により外部をコートされたガラ
ス製の細径パイプである。また、温度調節器１７により
常時温度制御されている乾燥機１８はパイプ１４の横方
向に設置されており、接続されたリニアモータ１９によ
り乾燥機１８はパイプ１４を覆うことができるように移
動することが可能となっている。
リイミド樹脂材料（一例として東レ社性、ポリイミド樹
脂トレニース）が溶解されている溶液１１が収容されて
いる。その上方に設置されている溶液流出管１２は電磁
石１３に固定されている。溶液流出管１２の終端にはパ
イプ１４（図１のパイプ１に相当）が着脱可能に接続さ
れて、更にパイプ１４の終端には溶液流出管１５が着脱
可能に接続され、ポンプ１６に接続されている。パイプ
１４は、金属製あるいは金属薄膜が既に内装されている
ガラス製、もしくは樹脂により外部をコートされたガラ
ス製の細径パイプである。また、温度調節器１７により
常時温度制御されている乾燥機１８はパイプ１４の横方
向に設置されており、接続されたリニアモータ１９によ
り乾燥機１８はパイプ１４を覆うことができるように移
動することが可能となっている。
【００３１】このような装置において、まず電磁石１３
に電源を投入することにより溶液流出管１２の下端を溶
液１１の液面の下方に移動すると同時にポンプ１６を動
作させる。これにより溶液１１の溶液流出管１２を介し
てパイプ１４内への充填が開始される。パイプ１４内に
溶液１１が充填された後、電磁石１３の電源を切り溶液
流出管１２の下端を溶液１１の液面の上方に移動し、パ
イプ１４内の溶液１１の排出を溶液流出管１５を介して
ポンプ１６により行う。そして、排出終了後ポンプ１６
を止める。
に電源を投入することにより溶液流出管１２の下端を溶
液１１の液面の下方に移動すると同時にポンプ１６を動
作させる。これにより溶液１１の溶液流出管１２を介し
てパイプ１４内への充填が開始される。パイプ１４内に
溶液１１が充填された後、電磁石１３の電源を切り溶液
流出管１２の下端を溶液１１の液面の上方に移動し、パ
イプ１４内の溶液１１の排出を溶液流出管１５を介して
ポンプ１６により行う。そして、排出終了後ポンプ１６
を止める。
【００３２】溶液１１の排出が完了した後、温度調節器
１７により６０℃程度に調節されている乾燥機１８をリ
ニアモータ１９でパイプ１４を覆うような位置に移動
し、約１０分乾燥を行う。これによりパイプ１４の内壁
に付着した溶液１１の溶媒が乾燥して、ポリイミド樹脂
層２が形成される（図１）。そして乾燥終了後は、乾燥
機１８はリニアモータ１９により元の位置まで戻す。
１７により６０℃程度に調節されている乾燥機１８をリ
ニアモータ１９でパイプ１４を覆うような位置に移動
し、約１０分乾燥を行う。これによりパイプ１４の内壁
に付着した溶液１１の溶媒が乾燥して、ポリイミド樹脂
層２が形成される（図１）。そして乾燥終了後は、乾燥
機１８はリニアモータ１９により元の位置まで戻す。
【００３３】ポリイミド樹脂層２が所望の厚さになるま
で前述の工程を繰り返し、最後に１２０℃程度に再設定
された乾燥機１８により約１時間、加熱、乾燥させるこ
とにより、パイプ１４内に薄膜を有する中空導波路が形
成される。以上の製造工程はプログラマブルコントロー
ラを用いた制御により完全自動化されている。また、こ
の方法は導波路の細径化に適するのと同時に、大きな可
撓性を有する金属薄膜を内装し更に樹脂でその外部が覆
われたガラスパイプをパイプ１４として用いた場合に乾
燥機１８の縦方向の長さの範囲内で何重にも巻くことに
より、長尺化も容易である。尚、この方法は前述したガ
スを用いた製造技術に比べ、溶液１１の安定した流量が
得られるため膜厚の制御性の優れた特色を有する。
で前述の工程を繰り返し、最後に１２０℃程度に再設定
された乾燥機１８により約１時間、加熱、乾燥させるこ
とにより、パイプ１４内に薄膜を有する中空導波路が形
成される。以上の製造工程はプログラマブルコントロー
ラを用いた制御により完全自動化されている。また、こ
の方法は導波路の細径化に適するのと同時に、大きな可
撓性を有する金属薄膜を内装し更に樹脂でその外部が覆
われたガラスパイプをパイプ１４として用いた場合に乾
燥機１８の縦方向の長さの範囲内で何重にも巻くことに
より、長尺化も容易である。尚、この方法は前述したガ
スを用いた製造技術に比べ、溶液１１の安定した流量が
得られるため膜厚の制御性の優れた特色を有する。
【００３４】本製造技術は、導波路の細径化にとって非
常に有利なものである。尚、比較的大きな径の導波路の
製作には、前述のスパッタリングで用いた手法で、誘電
体薄膜の成膜の時だけ、樹脂材料の成膜法として一般的
であるディップコートによりポリイミド樹脂層２を成膜
する工法やパイプ１の内部にポリイミド樹脂層２を直接
ディップコートにより成膜する工法がとれる。
常に有利なものである。尚、比較的大きな径の導波路の
製作には、前述のスパッタリングで用いた手法で、誘電
体薄膜の成膜の時だけ、樹脂材料の成膜法として一般的
であるディップコートによりポリイミド樹脂層２を成膜
する工法やパイプ１の内部にポリイミド樹脂層２を直接
ディップコートにより成膜する工法がとれる。
【００３５】次に実施例の作用を述べる。
【００３６】図４は耐熱性高分子材料としてポリイミド
樹脂を用い、実際に製造された中空導波路内を伝搬する
光の波長と伝送損失との関係の測定例を示している。横
軸は波長を示し、縦軸は伝送損失を示す。なお、比較の
ため、ポリイミド樹脂層を内装していない銀導波路の特
性も併せて示している。特性曲線は６μｍから９μｍの
範囲で数個のポリイミド特有の吸収ピークが見られる
が、その他の波長域において低損失となり、特に赤外領
域で重要なレーザとされるＥｒ：ＹＡＧ、ＣＯ、ＣＯ２
レーザの発振波長である３μｍ、５μｍ及び１０．６μ
ｍには吸収ピークは見られない。したがってこれらのレ
ーザ光を低損失に伝送することができる。
樹脂を用い、実際に製造された中空導波路内を伝搬する
光の波長と伝送損失との関係の測定例を示している。横
軸は波長を示し、縦軸は伝送損失を示す。なお、比較の
ため、ポリイミド樹脂層を内装していない銀導波路の特
性も併せて示している。特性曲線は６μｍから９μｍの
範囲で数個のポリイミド特有の吸収ピークが見られる
が、その他の波長域において低損失となり、特に赤外領
域で重要なレーザとされるＥｒ：ＹＡＧ、ＣＯ、ＣＯ２
レーザの発振波長である３μｍ、５μｍ及び１０．６μ
ｍには吸収ピークは見られない。したがってこれらのレ
ーザ光を低損失に伝送することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００３８】（１） 従来の石英系光ファイバが使用で
きない中赤外波長域において低損失で大きな光電力の伝
送が可能であり、かつ耐環境性に優れている。
きない中赤外波長域において低損失で大きな光電力の伝
送が可能であり、かつ耐環境性に優れている。
【００３９】（２） 安定した量産化が可能である
【００４０】（３） 細径化や長尺化が容易である。
【図１】本発明の中空導波路を示す断面図である。
【図２】図１に示した中空導波路の内装誘電体の膜厚と
光の伝送損失との関係を示す図である。
光の伝送損失との関係を示す図である。
【図３】図１に示した中空導波路の製造方法を説明する
ための説明図である。
ための説明図である。
【図４】図１に示した中空導波路内を伝搬する光の波長
と伝送損失との関係を示す図である。
と伝送損失との関係を示す図である。
１ 金属パイプ、あるいは金属薄膜をコートしたガラ
スもしくは更に樹脂をその外部にコートしたガラスパイ
プ ２ ポリイミド樹脂層 ３ 中空領域 ４ 誘電体内装金属中空導波路 １０ 容器 １１ 溶媒にポリイミド樹脂が溶解されている溶液 １２ 溶液流出管 １３ 電磁石 １４ 金属パイプ、あるいは金属薄膜をコートしたガラ
スもしくは更に樹脂をその外部にコートしたガラスパイ
プ １５ 溶液流出管 １６ ポンプ １７ 温度調節器 １８ 乾燥機 １９ リニアモータ
スもしくは更に樹脂をその外部にコートしたガラスパイ
プ ２ ポリイミド樹脂層 ３ 中空領域 ４ 誘電体内装金属中空導波路 １０ 容器 １１ 溶媒にポリイミド樹脂が溶解されている溶液 １２ 溶液流出管 １３ 電磁石 １４ 金属パイプ、あるいは金属薄膜をコートしたガラ
スもしくは更に樹脂をその外部にコートしたガラスパイ
プ １５ 溶液流出管 １６ ポンプ １７ 温度調節器 １８ 乾燥機 １９ リニアモータ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−71805（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−223406（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−328503（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−28479（ＪＰ，Ａ)
ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｑ
ＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
Ｓ，ＶＯＬ．26（９）（１
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/00 - 6/02
G02B 6/10
G02B 6/16 - 6/22
G02B 6/44
Claims (2)
- 【請求項１】 中空の金属導波路の内壁に、波長２μ
ｍから１２μｍの中赤外波長帯において透明な波長域を
有するポリイミド樹脂層を内装したことを特徴とする中
空導波路。 - 【請求項２】 中空の金属導波路の中に溶媒を用いて
ポリイミド樹脂材料を溶解した溶液を定量送液ポンプに
より充填し、これを排出した後、乾燥、加熱させて内壁
にポリイミド樹脂層を均一に形成すると共に、これら一
連の成膜工程を繰り返すことにより所望の膜厚のポリイ
ミド樹脂層を内装することを特徴とする請求項１の中空
導波路の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11333994A JP3395120B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 中空導波路とその製造方法 |
| GB9507682A GB2288469B (en) | 1994-04-15 | 1995-04-13 | Optical hollow waveguide, method for fabricating the same, and laser transmission apparatus using the same |
| DE19514118A DE19514118A1 (de) | 1994-04-15 | 1995-04-14 | Optischer Wellen-Hohlleiter, Verfahren zur Herstellung desselben und Laserübertragungsanlage unter Einsatz desselben |
| US08/783,195 US5729646A (en) | 1994-04-15 | 1997-01-15 | Optical hollow waveguide, method for fabricating the same, and laser transmission apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11333994A JP3395120B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 中空導波路とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0836112A JPH0836112A (ja) | 1996-02-06 |
| JP3395120B2 true JP3395120B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=14609744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11333994A Expired - Fee Related JP3395120B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 中空導波路とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3395120B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP11333994A patent/JP3395120B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．２６（９）（１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0836112A (ja) | 1996-02-06 |
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Legal Events
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