JP4153341B2 - 光ファイバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ファイバとして、例えば特許文献１に開示されているように、ファイバ中心軸の周囲に多数の空孔が形成されたものがよく知られている。この文献に記載された光ファイバでは、ファイバの中心部で屈折率が最も大きくなるグレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイル構造となるように、上記空孔を外周側ほど間隔が狭くなるように配列している。この光ファイバは、高帯域通信用（波長帯８９０〜１６００ｎｍ）のマルチモードファイバとして構成されたものであり、コア径が１００μｍと示されていることから、標準の通信用ファイバを意図した構成となっている。標準の通信用ファイバは、一般にコア径が５０〜１００μｍ、ファイバ径が１２５μｍとされている。そして、コアの中心部での屈折率が約１．４５７５であり、クラッドの屈折率が約１．４３であると読み取れることから、この光ファイバの開口数（ＮＡ）は０．２８程度に設定されていると推定される。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第１１９９５８１号明細書（第９ａ，９ｂ図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは信号の伝送用として構成された光ファイバであるために、この種の光ファイバによってレーザー光等のハイパワー光を伝送することは想定されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバによってハイパワー用の光ファイバを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、多数の空孔が形成された光伝搬領域を構成する多孔部の実効屈折率を山形の分布構造とし、この多孔部の周囲にクラッド部を形成するようにしたものである。
【０００７】
具体的に本発明に係る光ファイバは、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、開口数は０．２２以下とされ、上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【０００９】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００１０】
そして、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００１１】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００１２】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形分布に確実にすることができる。
【００１３】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００１４】
また、クラッド部に、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、光ファイバの外周近傍に配置される空孔が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部に多数の空孔が設けられる場合においても、空孔を小さくすることでこの空孔が存在することによる光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバは、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、上記多孔部の外側にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、上記多孔部の直径は、１００μｍよりも大きく、上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。
【００１７】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。そして、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくすることにより、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減され、この結果、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００１８】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００１９】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形分布に確実にすることができる。
【００２０】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００２１】
また、クラッド部に、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、光ファイバの外周近傍に配置される空孔が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部に多数の空孔が設けられる場合においても、空孔を小さくすることでこの空孔が存在することによる光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００２２】
上記多孔部は、同心円周上に配列される空孔数が外周側ほど多くなっていてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、多孔部は、同心円周上に配置される空孔の数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ半径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ半径方向に空隙率を変化させることができる。
【００２４】
上記クラッド部は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率になるように且つ上記多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように上記多数の空孔が形成されていてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、ファイバ半径方向の実効屈折率が略一定となるように多数の空孔がクラッド部に形成され、この空孔は多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように配列されている。したがって、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る光ファイバ１０は、ハイパワー光の伝送用として用いられるものであり、多数の空孔１２ａが形成された多孔部１２と、この多孔部１２の周囲に形成された円筒状のクラッド部１４と、このクラッド部１４の外側に形成された被覆部１８とを備え、この光ファイバ１０は、その全体が純粋な石英からなる。この光ファイバ１０の外径は例えば３７５μｍとされている。
【００２８】
上記多孔部１２は、ファイバ中心軸方向に延びるように形成されており、上記空孔１２ａ，１２ａ，…は、いずれもほぼ同じ直径を有する円形断面状に形成され、これら空孔１２ａ，１２ａ，…はファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有して配列されており、この多孔部１２はファイバ中心軸と同心に円環状に形成されている。言い換えると、多孔部１２は、ファイバ中心軸上に位置し、上記空孔１２ａ，１２ａ，…が形成されていない空孔非形成部１２ｂと、この空孔非形成部１２ｂの周囲において多数の空孔１２ａ，１２ａ，…が配設される空孔形成部１２ｃとからなる。
【００２９】
上記空孔形成部１２ｃでは、ファイバ中心軸を中心とした同心円周上に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…の数は、内周側が最も少なく、外周側に向かって増大している。そして、この同心円周上における空隙率は、中央部において最も低く、外周側に向かって次第に増大している。この空隙率とは、空孔形成部１２ｃの単位体積当たりに空孔１２ａの体積が占める割合を差している。
【００３０】
上記多孔部１２の直径は、例えば３００μｍとされている。なお、多孔部１２の直径は１００μｍよりも大きいのが望ましい。また、多孔部１２の外径は２０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
上記クラッド部１４には、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有するように配列されている。このクラッド部１４の各空孔１４ａは、何れも上記多孔部１２の空孔１２ａとほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されており、同一円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…は外周側ほど多くなっている。そして、クラッド部１４の空隙率は、上記空孔形成部１２ｃの最外周側の部位における空隙率と同等とされ、且つこの空隙率はファイバ半径方向に略一定とされている。
【００３２】
クラッド部１４の直径は、多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさに設定されている。例えばクラッド部１４の直径は、３４５μｍとされており、本実施形態では、クラッド部１４の直径は、上記多孔部１２の直径（３００μｍ）に対して１１５％の値となっている。
【００３３】
上記多孔部１２及びクラッド部１４の各空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向に沿ってその全体に亘って連続して延びている。なお、これらの空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向にその全体に亘って連続して形成される構成に限られるものではなく、その途中に途切れる部分があってもよく、あるいは、空孔１２ａ，１４ａは気泡状に形成されるものであってもよい。
【００３４】
上記被覆部１８は、多孔部１２を被覆保護する機能を果たす。
【００３５】
図２に示すように、多孔部１２の実効屈折率は、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイルに構成されている。すなわち、多孔部１２の実効屈折率の分布構造は、ファイバ横断面における中央部の実効屈折率が最も高く、半径方向外側に向かって次第に低くなる山形の分布とされている。これは、上述の如く、多孔部１２の空隙率が上記中央部において最も低く、且つ外周側に向かうに従って次第に増大していることによるものである。
【００３６】
上記クラッド部１４の実効屈折率は、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率と同等の屈折率とされている。これは、上述の如く、クラッド部１４の空隙率が、多孔部１２の最外周側の部位における空隙率とほぼ同じ空隙率とされていることによるものである。そして、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように配列されている。
【００３７】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、その開口数(ＮＡ)が０．２２以下に設定されている。なお、この開口数は、多孔部１２の中央部における実効屈折率と、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率とから導出される開口数を差している。
【００３８】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送するために用いられるか、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０6ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送するために用いられるものである。なお、本実施形態に係る光ファイバ１０は、波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送するために用いてもよい。この場合、例えば伝送される光は、８００ｎｍ帯、５３３ｎｍ、３３５ｎｍ、２６６ｎｍ等の波長のものが該当する。
【００３９】
本実施形態１に係る光ファイバ１０によれば、多孔部１２の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造に形成されているために、上記中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとなっている。特に、本実施形態に係る光ファイバ１０はレーザー光を伝送するために用いられるものであり、山形分布の屈折率プロファイルにすることにより、図外のレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができる。このため、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制でき、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとなっている。
【００４０】
また、空孔１２ａ，１２ａ，…の配列によって山形の屈折率分布構造を形成するようにしたので、多孔部１２にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部１２を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部１２を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００４１】
また、本実施形態１では、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバ１０から出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。この結果、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、例えば加工対象物の溶け込み深さを深くできる。したがって、開口数を０．２２以下とすることによってもレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００４２】
また、本実施形態１では、多孔部１２の外径を１００μｍよりも大きくしているので、ハイパワーのレーザー光の伝送が可能となっている。すなわち、外径を１００μｍよりも大きくすることで多孔部１２を伝搬する光のエネルギー密度を低減することができ、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも、多孔部１２を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００４３】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の直径を多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさとしているので、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合に、このレーザー光を確実に多孔部１２に閉じ込めることができ、伝送損失を低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の外側に被覆部１８を設けるようにしたので、クラッド部１４の表面が保護され、ファイバ強度を向上することができる。特に、本実施形態では、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…が形成されているが、この場合であってもクラッド部１４の強度低下を抑制できるので、被覆部１８を形成することは非常に有効となる。
【００４５】
また、多孔部１２の単位体積当たりの空隙率を外周側ほど大きくしているので、多孔部１２を形成する材料（石英）の屈折率と空孔１２ａ，１２ａ，…内の空気の屈折率とから導出される多孔部１２の実効屈折率を外周側ほど低くすることができ、これにより、多孔部１２の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に容易にすることができる。また、クラッド部１４では、多孔部１２の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように空孔１４ａ，１４ａ，…を配列しているため、クラッド部１４の実効屈折率を、多孔部１２における最外周部位の実効屈折率、すなわち多孔部１２における最も低い実効屈折率に確実に合わせることができる。
【００４６】
また、光ファイバ１０の製造時においては、同じサイズの空孔１２ａ，１４ａを形成すべく、図示省略するが同じサイズ（同一内径及び厚み）のキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。また、ドーパントが不要となるために、光ファイバ１０の製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化することができるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００４７】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２を示す。尚、ここでは、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
この実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が外周側ほど大きくなる形態で構成されている。すなわち、実施形態１では、空孔１２ａ，１２ａ，…の大きさをそのままとして同心円周上における空孔１２ａ，１２ａ，…の数を外周側ほど増大させることにより空隙率を増大させるようにしたが、本実施形態２では、外周側ほど各空孔１２ａが大きくなる構成とすることにより、同心円周上における空隙率が外周側ほど増大する構成とされている。言い換えると、本実施形態２では、内周側ほど各空孔１２ａの大きさが小さくなっている。
【００４９】
本実施形態２においても、上記実施形態１と同様に多孔部１２の屈折率は、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造となっている。
【００５０】
クラッド部１４には、多孔部１２における最外周側の空孔１２ａ，１２ａ，…とほぼ同じ大きさ空孔１４ａ，１４ａ，…が多数形成されており、このクラッド部１４の最内周側の部位には、多孔部１２における最外周側の部位における空孔数とほぼ同数の空孔１４ａ，１４ａ，…が配置されている。そして、クラッド部１４では、同心円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が外周側ほど増大するように設けられ、空隙率がファイバ半径方向に略一定となっている。このことでクラッド部１４の実効屈折率は、ファイバ半径方向に略一定となっている。
【００５１】
したがって、本実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…が小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置された空孔１２ａ，１２ａ，…による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００５２】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態１と同様である。
【００５３】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３を示す。尚、ここでは、実施形態２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
この実施形態３では、多孔部１２の構成を実施形態２と同様とする一方、クラッド部１４の構成を実施形態２と異なるものとしている。具体的に、クラッド部１４は、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列されていて、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、何れもほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されている。そして、これらの空孔１４ａ，１４ａ，…の大きさは、上記多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりは小さく形成されている。一方、クラッド部１４の最内周部位における空孔数は、クラッド部１４の空隙率が上記多孔部１２の最外周側の部位における空隙率と同等になるように、多孔部１２の最外周部位における空孔数よりも多くなっている。また、同心円周上に配置される空孔数は、空隙率がファイバ半径方向に略一定となるように外周側ほど多くなっている。
【００５５】
したがって、本実施形態３では、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率となるように配列されるとともに、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…を多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりも小さく形成したので、光ファイバ１０の外周部近傍に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…を設けたとしても、この空孔１４ａ，１４ａ，…の存在による光ファイバ１０の強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバ１０として必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバ１０を得ることができる。
【００５６】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態２と同様である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。すなわち、多孔部の実効屈折率を山形分布としたので、ファイバ横断面における中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。また、空孔の配列によって山形の分布構造を形成するようにしたので、ドーパントが不要となって多孔部を構成する材料の純度を高めることができ、融点が下がるのを防止できる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部の構成材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００５８】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００５９】
さらに、屈折率分布を山形分布とすることでレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱を抑制して出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００６０】
また、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００６１】
また、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくしているので、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減されるために、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００６２】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなるように形成されているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に確実にすることができる。
【００６３】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００６４】
また、クラッド部に、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、クラッド部に多数の空孔を設けたとしても、この空孔による光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００６５】
また、多孔部は、同心円周上に配置される空孔数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ径方向に空隙率を変化させることができる。したがって、光ファイバの製造時において同じサイズのキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。
【００６６】
また、クラッド部において、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように且つ多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように空孔を配列しているので、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る光ファイバを示す斜視図である。
【図２】 (ａ)は、本発明の実施形態１に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のII−II線における実効屈折率を示す特性図である。
【図３】 (ａ)は、本発明の実施形態２に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のIII−III線における実効屈折率を示す特性図である。
【図４】 (ａ)は、本発明の実施形態３に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のIV−IV線における実効屈折率を示す特性図である。
【符号の説明】
１２ 多孔部
１２ａ 空孔
１４ クラッド部
１４ａ 空孔
１８ 被覆部
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ファイバとして、例えば特許文献１に開示されているように、ファイバ中心軸の周囲に多数の空孔が形成されたものがよく知られている。この文献に記載された光ファイバでは、ファイバの中心部で屈折率が最も大きくなるグレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイル構造となるように、上記空孔を外周側ほど間隔が狭くなるように配列している。この光ファイバは、高帯域通信用（波長帯８９０〜１６００ｎｍ）のマルチモードファイバとして構成されたものであり、コア径が１００μｍと示されていることから、標準の通信用ファイバを意図した構成となっている。標準の通信用ファイバは、一般にコア径が５０〜１００μｍ、ファイバ径が１２５μｍとされている。そして、コアの中心部での屈折率が約１．４５７５であり、クラッドの屈折率が約１．４３であると読み取れることから、この光ファイバの開口数（ＮＡ）は０．２８程度に設定されていると推定される。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第１１９９５８１号明細書（第９ａ，９ｂ図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは信号の伝送用として構成された光ファイバであるために、この種の光ファイバによってレーザー光等のハイパワー光を伝送することは想定されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多数の空孔が配列されたファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバによってハイパワー用の光ファイバを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、多数の空孔が形成された光伝搬領域を構成する多孔部の実効屈折率を山形の分布構造とし、この多孔部の周囲にクラッド部を形成するようにしたものである。
【０００７】
具体的に本発明に係る光ファイバは、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、開口数は０．２２以下とされ、上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【０００９】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００１０】
そして、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００１１】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００１２】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形分布に確実にすることができる。
【００１３】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００１４】
また、クラッド部に、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、光ファイバの外周近傍に配置される空孔が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部に多数の空孔が設けられる場合においても、空孔を小さくすることでこの空孔が存在することによる光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバは、ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、上記多孔部の外側にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、上記多孔部の直径は、１００μｍよりも大きく、上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、多孔部の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造とされているため、例えば、レーザー光を伝送する場合には、レーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制できる。
【００１７】
また、上記山形の分布構造を空孔の配列によって形成するようにしたので、多孔部にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。そして、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくすることにより、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減され、この結果、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００１８】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００１９】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなっているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率の分布構造をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形分布に確実にすることができる。
【００２０】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００２１】
また、クラッド部に、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、光ファイバの外周近傍に配置される空孔が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部に多数の空孔が設けられる場合においても、空孔を小さくすることでこの空孔が存在することによる光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００２２】
上記多孔部は、同心円周上に配列される空孔数が外周側ほど多くなっていてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、多孔部は、同心円周上に配置される空孔の数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ半径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ半径方向に空隙率を変化させることができる。
【００２４】
上記クラッド部は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率になるように且つ上記多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように上記多数の空孔が形成されていてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、ファイバ半径方向の実効屈折率が略一定となるように多数の空孔がクラッド部に形成され、この空孔は多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように配列されている。したがって、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る光ファイバ１０は、ハイパワー光の伝送用として用いられるものであり、多数の空孔１２ａが形成された多孔部１２と、この多孔部１２の周囲に形成された円筒状のクラッド部１４と、このクラッド部１４の外側に形成された被覆部１８とを備え、この光ファイバ１０は、その全体が純粋な石英からなる。この光ファイバ１０の外径は例えば３７５μｍとされている。
【００２８】
上記多孔部１２は、ファイバ中心軸方向に延びるように形成されており、上記空孔１２ａ，１２ａ，…は、いずれもほぼ同じ直径を有する円形断面状に形成され、これら空孔１２ａ，１２ａ，…はファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有して配列されており、この多孔部１２はファイバ中心軸と同心に円環状に形成されている。言い換えると、多孔部１２は、ファイバ中心軸上に位置し、上記空孔１２ａ，１２ａ，…が形成されていない空孔非形成部１２ｂと、この空孔非形成部１２ｂの周囲において多数の空孔１２ａ，１２ａ，…が配設される空孔形成部１２ｃとからなる。
【００２９】
上記空孔形成部１２ｃでは、ファイバ中心軸を中心とした同心円周上に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…の数は、内周側が最も少なく、外周側に向かって増大している。そして、この同心円周上における空隙率は、中央部において最も低く、外周側に向かって次第に増大している。この空隙率とは、空孔形成部１２ｃの単位体積当たりに空孔１２ａの体積が占める割合を差している。
【００３０】
上記多孔部１２の直径は、例えば３００μｍとされている。なお、多孔部１２の直径は１００μｍよりも大きいのが望ましい。また、多孔部１２の外径は２０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
上記クラッド部１４には、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有するように配列されている。このクラッド部１４の各空孔１４ａは、何れも上記多孔部１２の空孔１２ａとほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されており、同一円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…は外周側ほど多くなっている。そして、クラッド部１４の空隙率は、上記空孔形成部１２ｃの最外周側の部位における空隙率と同等とされ、且つこの空隙率はファイバ半径方向に略一定とされている。
【００３２】
クラッド部１４の直径は、多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさに設定されている。例えばクラッド部１４の直径は、３４５μｍとされており、本実施形態では、クラッド部１４の直径は、上記多孔部１２の直径（３００μｍ）に対して１１５％の値となっている。
【００３３】
上記多孔部１２及びクラッド部１４の各空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向に沿ってその全体に亘って連続して延びている。なお、これらの空孔１２ａ，１４ａは、ファイバ中心軸方向にその全体に亘って連続して形成される構成に限られるものではなく、その途中に途切れる部分があってもよく、あるいは、空孔１２ａ，１４ａは気泡状に形成されるものであってもよい。
【００３４】
上記被覆部１８は、多孔部１２を被覆保護する機能を果たす。
【００３５】
図２に示すように、多孔部１２の実効屈折率は、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）のプロファイルに構成されている。すなわち、多孔部１２の実効屈折率の分布構造は、ファイバ横断面における中央部の実効屈折率が最も高く、半径方向外側に向かって次第に低くなる山形の分布とされている。これは、上述の如く、多孔部１２の空隙率が上記中央部において最も低く、且つ外周側に向かうに従って次第に増大していることによるものである。
【００３６】
上記クラッド部１４の実効屈折率は、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率と同等の屈折率とされている。これは、上述の如く、クラッド部１４の空隙率が、多孔部１２の最外周側の部位における空隙率とほぼ同じ空隙率とされていることによるものである。そして、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように配列されている。
【００３７】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、その開口数(ＮＡ)が０．２２以下に設定されている。なお、この開口数は、多孔部１２の中央部における実効屈折率と、多孔部１２の最外周側の部位における実効屈折率とから導出される開口数を差している。
【００３８】
本実施形態に係る光ファイバ１０は、パワーが１キロワット以上の連続光からなるレーザーを伝送するために用いられるか、又はエネルギーが１平方ミリメートル当たり１×１０6ジュール以上のパルス光からなるレーザーを伝送するために用いられるものである。なお、本実施形態に係る光ファイバ１０は、波長が８９０ｎｍ未満の光を伝送するために用いてもよい。この場合、例えば伝送される光は、８００ｎｍ帯、５３３ｎｍ、３３５ｎｍ、２６６ｎｍ等の波長のものが該当する。
【００３９】
本実施形態１に係る光ファイバ１０によれば、多孔部１２の実効屈折率が、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造に形成されているために、上記中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとなっている。特に、本実施形態に係る光ファイバ１０はレーザー光を伝送するために用いられるものであり、山形分布の屈折率プロファイルにすることにより、図外のレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができる。このため、出射時の散乱が抑制されて出射光のパワー損失を抑制でき、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとなっている。
【００４０】
また、空孔１２ａ，１２ａ，…の配列によって山形の屈折率分布構造を形成するようにしたので、多孔部１２にドーパントをドープする必要がなくなる。このため多孔部１２を構成する材料の純度を高めることができるので、材料の融点が下がってしまうのを防止することができる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部１２を構成する材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に適したものとすることができる。
【００４１】
また、本実施形態１では、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバ１０から出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。この結果、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、例えば加工対象物の溶け込み深さを深くできる。したがって、開口数を０．２２以下とすることによってもレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００４２】
また、本実施形態１では、多孔部１２の外径を１００μｍよりも大きくしているので、ハイパワーのレーザー光の伝送が可能となっている。すなわち、外径を１００μｍよりも大きくすることで多孔部１２を伝搬する光のエネルギー密度を低減することができ、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも、多孔部１２を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとなっている。
【００４３】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の直径を多孔部１２の直径の１１０％以上の大きさとしているので、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合に、このレーザー光を確実に多孔部１２に閉じ込めることができ、伝送損失を低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態１では、クラッド部１４の外側に被覆部１８を設けるようにしたので、クラッド部１４の表面が保護され、ファイバ強度を向上することができる。特に、本実施形態では、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…が形成されているが、この場合であってもクラッド部１４の強度低下を抑制できるので、被覆部１８を形成することは非常に有効となる。
【００４５】
また、多孔部１２の単位体積当たりの空隙率を外周側ほど大きくしているので、多孔部１２を形成する材料（石英）の屈折率と空孔１２ａ，１２ａ，…内の空気の屈折率とから導出される多孔部１２の実効屈折率を外周側ほど低くすることができ、これにより、多孔部１２の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に容易にすることができる。また、クラッド部１４では、多孔部１２の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率を有するように空孔１４ａ，１４ａ，…を配列しているため、クラッド部１４の実効屈折率を、多孔部１２における最外周部位の実効屈折率、すなわち多孔部１２における最も低い実効屈折率に確実に合わせることができる。
【００４６】
また、光ファイバ１０の製造時においては、同じサイズの空孔１２ａ，１４ａを形成すべく、図示省略するが同じサイズ（同一内径及び厚み）のキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。また、ドーパントが不要となるために、光ファイバ１０の製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化することができるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００４７】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２を示す。尚、ここでは、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
この実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が外周側ほど大きくなる形態で構成されている。すなわち、実施形態１では、空孔１２ａ，１２ａ，…の大きさをそのままとして同心円周上における空孔１２ａ，１２ａ，…の数を外周側ほど増大させることにより空隙率を増大させるようにしたが、本実施形態２では、外周側ほど各空孔１２ａが大きくなる構成とすることにより、同心円周上における空隙率が外周側ほど増大する構成とされている。言い換えると、本実施形態２では、内周側ほど各空孔１２ａの大きさが小さくなっている。
【００４９】
本実施形態２においても、上記実施形態１と同様に多孔部１２の屈折率は、ファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造となっている。
【００５０】
クラッド部１４には、多孔部１２における最外周側の空孔１２ａ，１２ａ，…とほぼ同じ大きさ空孔１４ａ，１４ａ，…が多数形成されており、このクラッド部１４の最内周側の部位には、多孔部１２における最外周側の部位における空孔数とほぼ同数の空孔１４ａ，１４ａ，…が配置されている。そして、クラッド部１４では、同心円周上に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が外周側ほど増大するように設けられ、空隙率がファイバ半径方向に略一定となっている。このことでクラッド部１４の実効屈折率は、ファイバ半径方向に略一定となっている。
【００５１】
したがって、本実施形態２では、多孔部１２の空孔１２ａ，１２ａ，…が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔１２ａ，１２ａ，…が小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置された空孔１２ａ，１２ａ，…による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００５２】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態１と同様である。
【００５３】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３を示す。尚、ここでは、実施形態２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
この実施形態３では、多孔部１２の構成を実施形態２と同様とする一方、クラッド部１４の構成を実施形態２と異なるものとしている。具体的に、クラッド部１４は、多数の空孔１４ａ，１４ａ，…がファイバ横断面内において互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列されていて、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、何れもほぼ同じ大きさの円形断面状に形成されている。そして、これらの空孔１４ａ，１４ａ，…の大きさは、上記多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりは小さく形成されている。一方、クラッド部１４の最内周部位における空孔数は、クラッド部１４の空隙率が上記多孔部１２の最外周側の部位における空隙率と同等になるように、多孔部１２の最外周部位における空孔数よりも多くなっている。また、同心円周上に配置される空孔数は、空隙率がファイバ半径方向に略一定となるように外周側ほど多くなっている。
【００５５】
したがって、本実施形態３では、クラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率となるように配列されるとともに、このクラッド部１４の空孔１４ａ，１４ａ，…を多孔部１２の最外周部位における空孔１２ａ，１２ａ，…よりも小さく形成したので、光ファイバ１０の外周部近傍に配置される空孔１４ａ，１４ａ，…が小さく形成されることとなる。このため、クラッド部１４に多数の空孔１４ａ，１４ａ，…を設けたとしても、この空孔１４ａ，１４ａ，…の存在による光ファイバ１０の強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバ１０として必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバ１０を得ることができる。
【００５６】
その他の構成、作用及び効果は上記実施形態２と同様である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。すなわち、多孔部の実効屈折率を山形分布としたので、ファイバ横断面における中央部での光強度を強めることができ、ハイパワーの光伝送に適したものとすることができる。また、空孔の配列によって山形の分布構造を形成するようにしたので、ドーパントが不要となって多孔部を構成する材料の純度を高めることができ、融点が下がるのを防止できる。これにより、エネルギー密度の高いハイパワーの光を伝送する場合にも多孔部の構成材料の溶融が抑制され、この点からも、ハイパワーの光の伝送に好適なものとすることができる。
【００５８】
また、ドーパントが不要となるために、光ファイバの製造工程において、ドーパントのドープ量を半径方向に順次変化させる必要がなくなり、製造工程を簡素化できるとともに、コスト削減にも寄与できる。
【００５９】
さらに、屈折率分布を山形分布とすることでレーザー発信器から入射したときのビームパターンを保持しながらレーザー光を伝搬させることができるので、出射時の散乱を抑制して出射光のパワー損失を抑制できる。これにより、特にハイパワーのレーザー光の伝送用に好適なものとすることができる。
【００６０】
また、開口数を０．２２以下に設定したので、光ファイバから出射される光の拡散を確実に抑制でき、出射側でのレンズ系として小型のものを用いても光を集光させることが容易となる。したがって、出射光のエネルギー密度を増大させることができ、レーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００６１】
また、多孔部の外径を１００μｍよりも大きくしているので、多孔部を伝搬する光のエネルギー密度が低減されるために、ハイパワーのレーザー光を伝送する場合にも多孔部を構成する材料が溶融するのを抑止することができる。この点からも、ハイパワーのレーザー光を伝送するのに好適なものとすることができる。
【００６２】
また、多孔部の単位体積当たりの空隙率が外周側ほど大きくなるように形成されているので、多孔部を形成する材料の屈折率と空気の屈折率とから導出される多孔部の実効屈折率は外周側ほど低くなる。したがって、多孔部の実効屈折率をファイバ横断面における中央部が高く半径方向外側ほど低くなる山形の分布構造に確実にすることができる。
【００６３】
また、多孔部の空孔が、内周側に配置されるものほど小さくなる構成としているので、エネルギー密度の高い光が伝搬する中央部近傍に配置される空孔ほど小さく形成されている。このため、高エネルギー密度の光が伝搬する領域に配置される空孔による光の散乱を抑制することができ、光の伝送損失を低減することができる。
【００６４】
また、クラッド部に、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率を有するように空孔を配置するとともに、このクラッド部の空孔を多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成するようにしたので、クラッド部に多数の空孔を設けたとしても、この空孔による光ファイバの強度低下を抑制することができる。したがって、光ファイバとして必要な強度を容易に確保することができるとともに、取扱い容易な光ファイバを得ることができる。
【００６５】
また、多孔部は、同心円周上に配置される空孔数が外周側ほど多くなる構成としているので、ファイバ径方向に空孔の大きさを変えなくてもファイバ径方向に空隙率を変化させることができる。したがって、光ファイバの製造時において同じサイズのキャピラリを使用することができるので、製造管理がし易くなる。
【００６６】
また、クラッド部において、実効屈折率がファイバ半径方向に略一定となるように且つ多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように空孔を配列しているので、クラッド部の実効屈折率を多孔部のうちで最も低い実効屈折率に確実に合わすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る光ファイバを示す斜視図である。
【図２】 (ａ)は、本発明の実施形態１に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のII−II線における実効屈折率を示す特性図である。
【図３】 (ａ)は、本発明の実施形態２に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のIII−III線における実効屈折率を示す特性図である。
【図４】 (ａ)は、本発明の実施形態３に係る光ファイバの端面図であり、(ｂ)は、(ａ)のIV−IV線における実効屈折率を示す特性図である。
【符号の説明】
１２ 多孔部
１２ａ 空孔
１４ クラッド部
１４ａ 空孔
１８ 被覆部
Claims (4)
- ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、
上記多孔部の周囲にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
開口数は０．２２以下とされ、
上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、
上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、
上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする光ファイバ。 - ファイバ横断面内で互いに所定の間隔を有してファイバ中心軸と同心に円環状に配列された多数の空孔が形成されてなるファイバ中心軸方向に延びる多孔部を備えた光ファイバであって、
上記多孔部の外側にはクラッド部が形成されていて、上記多孔部は光が伝搬する光伝搬領域として形成され、
上記多孔部の実効屈折率は、ファイバ横断面内における中央部が高く半径方向外側に向かって低くなる山形の分布構造とされ、
上記多孔部の直径は、１００μｍよりも大きく、
上記多孔部は、内周側に配置される空孔ほど小さくなって、外周側ほど単位体積当たりの空隙率が大きくなっており、
上記クラッド部は、ファイバ径方向に略一定の実効屈折率となるように多数の空孔が形成されてなり、
上記クラッド部の空孔は、上記多孔部の最外周部位における空孔よりも小さく形成されていることを特徴とする光ファイバ。 - 請求項１又は２に記載された光ファイバにおいて、
上記多孔部は、同心円周上に配列される空孔数が外周側ほど多くなっていることを特徴とする光ファイバ。 - 請求項３に記載された光ファイバにおいて、
上記クラッド部は、ファイバ半径方向に略一定の実効屈折率になるように且つ上記多孔部の最外周部位における単位体積当たりの空隙率と同等の空隙率になるように上記多数の空孔が形成されてなることを特徴とする光ファイバ。
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