JP5363172B2

JP5363172B2 - Optical fiber

Info

Publication number: JP5363172B2
Application number: JP2009093655A
Authority: JP
Inventors: 成珍金; 正久杉原; 修一楠; 晴郎大泉
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: JP2010243869A

Description

本発明は光ファイバに関する。 The present invention relates to an optical fiber.

紫外線は、可視光や近紫外線光に比べて波長が短く、エネルギー密度が高いという特徴から、半導体プロセス、電子部品の微細加工、医療分野など幅広く利用されている。これらの用途における紫外線の発生光源としては、例えば、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、エキシマレーザーが用いられる。また、紫外線を伝送する光デバイスとしては石英製の光ファイバが用いられる。 Ultraviolet rays are widely used in semiconductor processes, microfabrication of electronic parts, and medical fields because of their short wavelength and high energy density compared to visible light and near ultraviolet light. For example, a mercury lamp, a mercury xenon lamp, or an excimer laser is used as a light source for generating ultraviolet rays in these applications. A quartz optical fiber is used as an optical device that transmits ultraviolet rays.

ところで、石英製の光ファイバで紫外線を伝送する場合、紫外線伝送により高いエネルギー準位まで励起された電子と酸素イオンに結合することができなかった結晶欠陥との相互作用によってＳｉとＯとの結合が切断されて紫外線吸収端が形成され、それによって紫外線の透過率が経時的に劣化することが知られている。また、かかる問題は、原子力発電所で使用されているイメージガイドファイバのように、放射線の環境下で石英製の光ファイバを使用しても同様の現象が生じることが知られている。 By the way, when ultraviolet rays are transmitted through an optical fiber made of quartz, the bond between Si and O is caused by the interaction between electrons excited to a high energy level by the ultraviolet ray transmission and crystal defects that could not be bonded to oxygen ions. Is cut to form an ultraviolet absorption edge, whereby the transmittance of ultraviolet rays is known to deteriorate over time. Moreover, it is known that the same phenomenon occurs even when such an optical fiber made of quartz is used in a radiation environment, such as an image guide fiber used in a nuclear power plant.

そこで、この問題を解消乃至軽減すべく、光ファイバ中に水素或いはフッ素をドープし酸素欠陥を修復する技術が知られている。光ファイバに水素をドープする方法としては、高圧水素処理装置を用いて光ファイバを高温高圧の水素雰囲気に暴露するものが挙げられる。また、特許文献１には、光ファイバの外周を水素拡散防止層で被覆し、光ファイバ中にドープした水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制することが開示されている。 In order to solve or alleviate this problem, a technique for repairing oxygen defects by doping hydrogen or fluorine into an optical fiber is known. As a method for doping hydrogen into an optical fiber, there is a method in which an optical fiber is exposed to a high-temperature and high-pressure hydrogen atmosphere using a high-pressure hydrogen treatment apparatus. Patent Document 1 discloses that the outer periphery of an optical fiber is covered with a hydrogen diffusion preventing layer, and hydrogen doped in the optical fiber is prevented from escaping to the outside over time.

特開２００３−３２１２４８号公報JP 2003-321248 A

本発明の課題は、光ファイバ中にドープされた水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制することである。 An object of the present invention is to suppress hydrogen doped in an optical fiber from escaping to the outside over time.

本発明は、コアとそれを囲うように設けられたクラッドとを備えた紫外線伝送用途又は放射線環境下に暴露される用途に用いられる光ファイバであって、
上記コアは、水素及び／又はフッ素がドープされた石英で形成されており、
上記クラッドは、上記コアよりも低屈折率である内側の中実の第１クラッドと、該第１クラッドよりも高屈折率である外側の第２クラッドと、を含み、
上記第２クラッドには、上記コアを囲うと共に複数層を構成するように配設された、各々、該コアに沿って延びる複数の中空部が形成され、該複数の中空部には、水素、酸素、及びフッ素のうち少なくとも一種を含むガスが封入されている。 The present invention is an optical fiber for use in an ultraviolet transmission application having a core and a cladding provided so as to surround the core, or an application exposed to a radiation environment ,
The core is made of quartz doped with hydrogen and / or fluorine,
The cladding includes an inner solid first cladding having a lower refractive index than the core, and an outer second cladding having a higher refractive index than the first cladding,
Above the second cladding, disposed so as to constitute a plurality of layers with surrounding the core, each plurality of hollow portion extending along the core is formed, the hollow portion of the plurality of hydrogen, A gas containing at least one of oxygen and fluorine is enclosed .

本発明によれば、水素及び／又はフッ素がドープされたコアを囲うクラッドにコアを囲うように複数の中空部が配設されているので、それらの中空部が障壁となってコアにドープされた水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制することができる。 According to the present invention, since the plurality of hollow portions are disposed so as to surround the core in the clad surrounding the core doped with hydrogen and / or fluorine, the hollow portions serve as a barrier to be doped into the core. Hydrogen can be prevented from escaping to the outside over time.

実施形態１に係る光ファイバの斜視図である。1 is a perspective view of an optical fiber according to Embodiment 1. FIG. （ａ）〜（ｅ）は実施形態１に係る光ファイバの製造方法を示す説明図である。(A)-(e) is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the optical fiber which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る光ファイバの斜視図である。6 is a perspective view of an optical fiber according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る光ファイバの斜視図である。6 is a perspective view of an optical fiber according to Embodiment 3. FIG. 実施形態４に係る光ファイバの斜視図である。6 is a perspective view of an optical fiber according to Embodiment 4. FIG. （ａ）〜（ｄ）はその他の実施形態に係る光ファイバの斜視図である。(A)-(d) is a perspective view of the optical fiber which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る光ファイバの製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the optical fiber which concerns on other embodiment.

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る光ファイバ心線１０を示す。この実施形態１に係る光ファイバ心線１０は、例えば、複数本が束ねられたバンドルとされて紫外線伝送用ライトガイド或いは放射線環境下に暴露されるイメージガイドとして用いられるものである。なお、紫外線とは、波長が１７０〜３５０ｎｍの光であり、具体的には、波長３３７ｎｍのＮ_２エキシマレーザー、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザー、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマレーザー、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長１７２ｎｍのＸｅ_２エキシマレーザー、波長２６５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧ第４高調波レーザー、波長２１２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧ第５高調波レーザーが挙げられる。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows an optical fiber core wire 10 according to the first embodiment. The optical fiber core wire 10 according to the first embodiment is used as, for example, a bundle in which a plurality of optical fibers are bundled and used as an ultraviolet light transmission light guide or an image guide exposed to a radiation environment. The ultraviolet light is light having a wavelength of 170 to 350 nm, specifically, an N ₂ excimer laser having a wavelength of 337 nm, an XeCl excimer laser having a wavelength of 308 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, a KrCl excimer laser having a wavelength of 222 nm, Examples include ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm, Xe ₂ excimer laser with a wavelength of 172 nm, Nd: YAG fourth harmonic laser with a wavelength of 265 nm, and Nd: YAG fifth harmonic laser with a wavelength of 212 nm.

実施形態１に係る光ファイバ心線１０は、石英製の光ファイバＦが樹脂製の被覆層１４で被覆された構成を有する。この光ファイバ心線１０は、例えば、心線長が１〜１０ｍ、及び心線径が０．４〜２．０ｍｍである。 The optical fiber core wire 10 according to the first embodiment has a configuration in which an optical fiber F made of quartz is covered with a coating layer 14 made of resin. The optical fiber core 10 has, for example, a core length of 1 to 10 m and a core diameter of 0.4 to 2.0 mm.

光ファイバＦは、コア１１とそれを囲うように設けられた第１クラッド１２とそれをさらに囲うように設けられた第２クラッド１３とを有する。光ファイバＦのファイバ径は例えば０．２〜１．０ｍｍである。 The optical fiber F includes a core 11, a first clad 12 provided so as to surround the core 11, and a second clad 13 provided so as to further surround the core. The fiber diameter of the optical fiber F is, for example, 0.2 to 1.0 mm.

コア１１は、水素及び／又はフッ素がドープされた石英で形成されている。従って、コア１１には、水素のみがドープされていてもよく、また、フッ素のみがドープされていてもよく、さらに、水素及びフッ素の両方がドープされていてもよい。水素の濃度は１．６×１０^１７〜９．８×１０^１７分子／ｃｍ^３であることが好ましく、１．８×１０^１７〜９．５×１０^１７分子／ｃｍ^３であることがより好ましい。水素濃度を定量するＯＨ基濃度としては４００〜２０００ｐｐｍ（質量分率、以下同じ）であることが好ましく、５００〜１２００ｐｐｍであることがより好ましい。フッ素の濃度は５００〜２０００ｐｐｍであることが好ましい。特に、放射線環境下で使用される場合には、放射線耐性はフッ素濃度に大きく影響されるため、水素ドープよりもフッ素ドープが好ましく、その際も、フッ素濃度は５００〜２０００ｐｐｍであることが好ましい。コア１１には、その他に、例えば、Ｐが５００〜１００００ｐｐｍ、ＢＦ_３が５００〜４００００ｐｐｍ、Ｇｅが５００〜２００００ｐｐｍ、Ａｌが１００００〜４００００ｐｐｍ、Ｅｒが１００〜１００００ｐｐｍ等ドープされていてもよい。但し、放射線環境下で使用される場合には、放射線特性を悪化させることからコア１１にはＣｌが含まれないことが好ましい。コア径は例えば５０〜４００μｍである。 The core 11 is made of quartz doped with hydrogen and / or fluorine. Accordingly, the core 11 may be doped with only hydrogen, may be doped with only fluorine, or may be doped with both hydrogen and fluorine. The concentration of hydrogen is preferably 1.6 × 10 ^{17 to} 9.8 × 10 ¹⁷ molecules / cm ³ , and more preferably 1.8 × 10 ^{17 to} 9.5 × 10 ¹⁷ molecules / cm ^3. . The OH group concentration for quantifying the hydrogen concentration is preferably 400 to 2000 ppm (mass fraction, the same shall apply hereinafter), and more preferably 500 to 1200 ppm. The concentration of fluorine is preferably 500 to 2000 ppm. In particular, when used in a radiation environment, radiation resistance is greatly affected by the fluorine concentration, so fluorine doping is preferable to hydrogen doping, and in that case, the fluorine concentration is preferably 500 to 2000 ppm. In addition, the core 11 may be doped with, for example, P of 500 to 10000 ppm, BF _{3 of} 500 to 40000 ppm, Ge of 500 to 20000 ppm, Al of 10,000 to 40000 ppm, and Er of 100 to 10,000 ppm. However, when used in a radiation environment, it is preferable that Cl is not contained in the core 11 because the radiation characteristics are deteriorated. The core diameter is, for example, 50 to 400 μm.

第１クラッド１２は、コア１１よりも低屈折率の石英材料、例えば、ＦやＢＦ_３がドープされた石英で中実に形成されている。Ｆ或いはＢＦ_３の濃度は、コア１１との屈折率差が１〜１．２％程度となって、コア１１のＮＡが０．２〜０．２３となるように、３００００〜５００００ｐｐｍであることが好ましく、４００００〜４５０００ｐｐｍであることがより好ましい。第１クラッド１２の層厚さは例えば５５〜４４０μｍである。 The first cladding 12 is solidly formed of a quartz material having a lower refractive index than that of the core 11, for example, quartz doped with F or BF ₃ . The concentration of F or BF ₃ is 30000-50000 ppm so that the refractive index difference with the core 11 is about 1 to 1.2% and the NA of the core 11 is 0.2 to 0.23. Is more preferable, and it is more preferable that it is 40000-45000 ppm. The layer thickness of the first cladding 12 is, for example, 55 to 440 μm.

第２クラッド１３は、純粋石英で形成されていてもよいが、水素がドープされた石英で形成されていることが好ましい。第２クラッド１３の層厚さは例えば１２５〜５００μｍである。 The second cladding 13 may be made of pure quartz, but is preferably made of quartz doped with hydrogen. The layer thickness of the second cladding 13 is, for example, 125 to 500 μm.

第２クラッド１３には、各々、コア１１に沿って延び、そのコア１１を囲うように配設された複数の中空部１５が形成されており、それらがコア１１を囲う単一層を構成している。複数の中空部１５の大きさは均一であってもよく、また、不均一であってもよい。複数の中空部１５は、相互に均等に離間して設けられていてもよく、また、相互に不均等に離間して設けられていてもよい。中空部１５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍ、肉厚は０．１〜１０μｍである。ＮＡを大きくし伝播特性を高めるためには、この内径は大きく、肉厚は薄いことが好ましい。 Each of the second claddings 13 is formed with a plurality of hollow portions 15 extending along the core 11 and arranged so as to surround the core 11, and these constitute a single layer surrounding the core 11. Yes. The size of the plurality of hollow portions 15 may be uniform or non-uniform. The plurality of hollow portions 15 may be provided evenly spaced from each other or may be provided non-uniformly spaced from each other. The hollow portion 15 has, for example, a number of 80 to 150, an inner diameter of 10 to 40 μm, and a wall thickness of 0.1 to 10 μm. In order to increase the NA and improve the propagation characteristics, it is preferable that the inner diameter is large and the wall thickness is thin.

このように第２クラッド１３にコア１１を囲うように複数の中空部１５が配設されていることにより、これらの中空部１５が障壁となってコア１１にドープされた水素及び／又はフッ素が経時的に外部に抜け出るのを抑制することができる。そして、その結果、水素（特に紫外線伝送用途）或いはフッ素（特に放射線環境下使用用途）による酸素欠陥の修復が適正になされ、透過率の経時的な劣化を小さくすることができる。また、中空部１５によりコア１１を伝送する光の漏れを抑制することができ、そのため漏れ光による樹脂製の被覆層１４の劣化を抑えることができる。 As described above, the plurality of hollow portions 15 are disposed in the second clad 13 so as to surround the core 11, so that these hollow portions 15 serve as a barrier so that hydrogen and / or fluorine doped in the core 11 can be prevented. It is possible to suppress escape to the outside over time. As a result, oxygen defects are properly repaired by hydrogen (especially for ultraviolet light transmission) or fluorine (especially for use in a radiation environment), and the deterioration of transmittance over time can be reduced. In addition, leakage of light transmitted through the core 11 can be suppressed by the hollow portion 15, and therefore deterioration of the resin coating layer 14 due to leakage light can be suppressed.

中空部１５は、両端が封止されて、内部に酸素、水素、及びフッ素のうち少なくとも一種を含むガスが封入されていてもよい。この中空部１５に封入された酸素、水素、或いはフッ素による酸素欠陥の修復を期待することができる。封入ガスの圧力は９０〜２００ｋＰａであることが好ましく、１１０〜１３０Ｐａであることがより好ましい。封入ガス中の酸素の分圧は、その０〜２０％であることが好ましく、２〜１０％であることがより好ましい。封入ガス中の水素の分圧は、その８０〜１００％であることが好ましく、９０〜９８％であることがより好ましい。封入ガス中のフッ素の分圧は、その０〜２０％であることが好ましく、２〜１０％であることがより好ましい。 Both ends of the hollow portion 15 may be sealed, and a gas containing at least one of oxygen, hydrogen, and fluorine may be sealed therein. It can be expected that oxygen vacancies are repaired by oxygen, hydrogen, or fluorine sealed in the hollow portion 15. The pressure of the enclosed gas is preferably 90 to 200 kPa, and more preferably 110 to 130 Pa. The partial pressure of oxygen in the sealed gas is preferably 0 to 20%, more preferably 2 to 10%. The partial pressure of hydrogen in the sealed gas is preferably 80 to 100%, more preferably 90 to 98%. The partial pressure of fluorine in the sealed gas is preferably 0 to 20%, more preferably 2 to 10%.

被覆層１４は、例えば、フッ素樹脂で形成されている。被覆層１４の層厚さは例えば０．１〜０．５ｍｍである。 The covering layer 14 is made of, for example, a fluororesin. The layer thickness of the coating layer 14 is, for example, 0.1 to 0.5 mm.

次に、実施形態１に係る光ファイバ心線１０の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the optical fiber core wire 10 according to the first embodiment will be described.

まず、図２（ａ）に示すように、旋盤に取り付けた石英パイプ３０に５〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素を流しながら外側から火炎を当てて１２００〜１４００℃で空焼きを行った後、０．０４〜０．１Ｌ／ｍｉｎの流量で塩素を流して１０００〜１２００℃で洗浄する。石英パイプ３０は、例えば、長さが４００〜８００ｍｍ、外径が２８〜３４ｍｍ、及び肉厚が１．５〜４．０ｍｍである。石英パイプ３０は、結晶性を損なわない範囲でＯＨ基濃度が高いことが好ましく、ＯＨ基濃度が５００〜１２００ｐｐｍであることが好ましい。なお、石英パイプ３０へのＯＨ基のドープは高温高圧電気炉を用いて行うことができる。 First, as shown in FIG. 2 (a), after carrying out air baking at 1200 to 1400 ° C. by applying a flame from outside while flowing oxygen at a flow rate of 5 to 10 L / min to the quartz pipe 30 attached to the lathe, Cleaning is performed at 1000 to 1200 ° C. with chlorine flowing at a flow rate of 0.04 to 0.1 L / min. The quartz pipe 30 has, for example, a length of 400 to 800 mm, an outer diameter of 28 to 34 mm, and a wall thickness of 1.5 to 4.0 mm. The quartz pipe 30 preferably has a high OH group concentration within a range that does not impair the crystallinity, and preferably has an OH group concentration of 500 to 1200 ppm. The OH group dope into the quartz pipe 30 can be performed using a high-temperature high-pressure electric furnace.

次いで、図２（ｂ）に示すように、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition ）法により、石英パイプ３０に、０．５〜１Ｌ／ｍｉｎの流量でＳｉＣｌ_４、０．４〜０．８Ｌ／ｍｉｎの流量でキャリアガス（Ｈｅ）、０．４〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素、及び０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で水素を流しながら外側から火炎を当てて１６００〜１７５０℃で内部にコア形成部３１を堆積させると共にそれを透明化する。このとき、コア１１のＮＡ制御のために同時にＧｅＣｌ_４やＡｌＣｌ_４を流してもよい。 Next, as shown in FIG. 2B, SiCl ₄ and 0.4 to 0.8 L / min are applied to the quartz pipe 30 at a flow rate of 0.5 to 1 L / min by the MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method. A carrier gas (He) at a flow rate, oxygen at a flow rate of 0.4 to 1.0 L / min, and hydrogen at a flow rate of 0.1 to 0.5 L / min. The core forming part 31 is deposited inside and made transparent. At this time, GeCl ₄ or AlCl ₄ may be supplied simultaneously for NA control of the core 11.

次いで、外周の石英パイプ３０の部分を研削して除去し、図２（ｃ）に示すように、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法により、コア形成部３１を芯材として外周に材料ガスを含有する火炎を当てて１５００〜１６００℃でＦやＢＦ_３がドープされた石英の第１クラッド形成部３２を堆積させると共にそれを透明化する。このとき、ロッド状のコア形成部３１及び第１クラッド形成部３２の一体物が形成されるが、その外径は１７〜２０ｍｍである。 Next, the outer peripheral quartz pipe 30 is removed by grinding, and as shown in FIG. 2C, a material gas is contained in the outer periphery by using the core forming portion 31 as a core material by an OVD (Outside Vapor Deposition) method. A first clad forming part 32 made of quartz doped with F or BF ₃ is deposited at 1500 to 1600 ° C. by applying a flame and made transparent. At this time, an integrated body of the rod-shaped core forming part 31 and the first cladding forming part 32 is formed, and the outer diameter thereof is 17 to 20 mm.

続いて、図２（ｄ）に示すように、石英製の第２クラッド形成パイプ３３に、ロッド状のコア形成部３１及び第１クラッド形成部３２の一体物を同軸に挿入すると共に、それらの間隙に中空部１５を形成するための石英キャピラリ３５を充填し、それをファイバ母材４０とする。第２クラッド形成パイプ３３は、例えば、長さが３５０〜５００ｍｍ、外径が２６〜２９ｍｍ、及び肉厚が５〜６ｍｍである。石英キャピラリ３５は、例えば、長さが３５０〜５００ｍｍ、外径が０．５〜０．８ｍｍ、及び肉厚が４０〜５０μｍである。第２クラッド形成パイプ３３及び石英キャピラリ３５は、いずれも純粋石英で形成されていてもよいが、水素がドープされた石英で形成されていることが好ましい。それらは、結晶性を損なわない範囲でＯＨ基濃度が高いことが好ましく、ＯＨ基濃度が５００〜１２００ｐｐｍであることが好ましい。なお、それらへのＯＨ基のドープは高温高圧電気炉を用いて行うことができる。 Subsequently, as shown in FIG. 2D, the rod-shaped core forming portion 31 and the first clad forming portion 32 are inserted coaxially into the second clad forming pipe 33 made of quartz, and those A quartz capillary 35 for forming the hollow portion 15 in the gap is filled and used as a fiber preform 40. The second clad forming pipe 33 has, for example, a length of 350 to 500 mm, an outer diameter of 26 to 29 mm, and a wall thickness of 5 to 6 mm. For example, the quartz capillary 35 has a length of 350 to 500 mm, an outer diameter of 0.5 to 0.8 mm, and a wall thickness of 40 to 50 μm. The second cladding forming pipe 33 and the quartz capillary 35 may both be made of pure quartz, but are preferably made of quartz doped with hydrogen. They preferably have a high OH group concentration as long as the crystallinity is not impaired, and the OH group concentration is preferably 500 to 1200 ppm. In addition, dope of OH group to them can be performed using a high-temperature high-pressure electric furnace.

そして、図２（ｅ）に示すように、ファイバ母材４０を線引き機５０にセットし、炉内温度を２０３０〜２１００℃及び線引き速度を８〜１０ｍ／ｓとして光ファイバＦを線引きし、それをフッ素樹脂浴に通すことにより被覆層１４を設けて光ファイバ心線１０を得る。このとき、線引き中に石英キャピラリ３５内の圧力が高まるようにガスを封入して両端を封止しておいてもよい。また、石英キャピラリ３５に継続してガスを流入させてもよい。ガスの圧力は１０５〜１５０kＰａであることが好ましく、１１０〜１２０kＰａであることがより好ましい。ガスは酸素及び水素のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。その場合、ガス中の酸素の分圧は、その１０〜４０％であることが好ましく、１５〜２０％であることがより好ましい。ガス中の水素の分圧は、その６０〜９０％であることが好ましく、８０〜８５％であることがより好ましい。さらに、線引き加工の周辺雰囲気を酸素及び水素のうち少なくとも一方を含む雰囲気とすることが好ましい。その場合、酸素の分圧は１０〜４０％であることが好ましく、１５〜２０％であることがより好ましい。水素の分圧は６０〜９０％であることが好ましく、８０〜８５％であることがより好ましい。なお、高温で線引き加工を行った場合には、水素が抜けやすくなることから、線引き路から一定の距離をおいて第２の炉を設け、そこで６００〜９００℃で加熱することにより水素が抜けるのを抑制してもよい。 Then, as shown in FIG. 2 (e), the fiber preform 40 is set in the drawing machine 50, the optical fiber F is drawn at a furnace temperature of 2030 to 2100 ° C. and a drawing speed of 8 to 10 m / s, Is passed through a fluororesin bath to provide the coating layer 14 to obtain the optical fiber core wire 10. At this time, both ends may be sealed by filling gas so that the pressure in the quartz capillary 35 is increased during drawing. Further, the gas may be continuously flowed into the quartz capillary 35. The gas pressure is preferably 105 to 150 kPa, more preferably 110 to 120 kPa. The gas preferably contains at least one of oxygen and hydrogen. In that case, the partial pressure of oxygen in the gas is preferably 10 to 40%, more preferably 15 to 20%. The partial pressure of hydrogen in the gas is preferably 60 to 90%, more preferably 80 to 85%. Furthermore, it is preferable that the atmosphere surrounding the drawing process is an atmosphere containing at least one of oxygen and hydrogen. In that case, the partial pressure of oxygen is preferably 10 to 40%, more preferably 15 to 20%. The partial pressure of hydrogen is preferably 60 to 90%, and more preferably 80 to 85%. In addition, when drawing is performed at a high temperature, it is easy for hydrogen to escape. Therefore, a second furnace is provided at a certain distance from the drawing path, and hydrogen is released by heating at 600 to 900 ° C. there. May be suppressed.

（実施形態２）
図３は実施形態２に係る光ファイバ心線２０を示す。この実施形態２に係る光ファイバ心線２０も、例えば、複数本が束ねられたバンドルとされて紫外線伝送用ライトガイド或いは放射線環境下に暴露されるイメージガイドとして用いられるものである。 (Embodiment 2)
FIG. 3 shows an optical fiber core wire 20 according to the second embodiment. The optical fiber core wire 20 according to the second embodiment is also used, for example, as a bundle in which a plurality of optical fibers are bundled and used as a light guide for ultraviolet transmission or an image guide exposed to a radiation environment.

実施形態２に係る光ファイバ心線２０では、光ファイバＦは、コア２１とそれを囲うように設けられたクラッド２３とを有する。光ファイバＦのファイバ径は例えば０．２〜１．０ｍｍである。 In the optical fiber core wire 20 according to the second embodiment, the optical fiber F includes a core 21 and a clad 23 provided so as to surround the core 21. The fiber diameter of the optical fiber F is, for example, 0.2 to 1.0 mm.

コア２１は、水素及び／又はフッ素がドープされた石英で形成されている。従って、コア２１には、水素のみがドープされていてもよく、また、フッ素のみがドープされていてもよく、さらに、水素及びフッ素の両方がドープされていてもよい。水素の濃度は１．６×１０^１７〜９．８×１０^１７分子／ｃｍ^３であることが好ましく、１．８×１０^１７〜９．５×１０^１７分子／ｃｍ^３であることがより好ましい。水素濃度を定量するＯＨ基濃度としては４００〜２０００ｐｐｍであることが好ましく、５００〜１２００ｐｐｍであることがより好ましい。フッ素の濃度は５００〜２０００ｐｐｍであることが好ましい。特に、放射線環境下で使用される場合には、放射線耐性はフッ素濃度に大きく影響されるため、水素ドープよりもフッ素ドープが好ましく、その際も、フッ素濃度は５００〜２０００ｐｐｍであることが好ましい。コア２１には、その他に、例えば、Ｐが５００〜１００００ｐｐｍ、ＢＦ_３が５００〜４００００ｐｐｍ、Ｇｅが５００〜２００００ｐｐｍ、Ａｌが５００〜４００００ｐｐｍ、Ｅｒが１００〜１００００ｐｐｍ等ドープされていてもよい。但し、放射線環境下で使用される場合には、放射線特性を悪化させることからコア２１にはＣｌが含まれないことが好ましい。コア径は例えば５０〜４００μｍである。 The core 21 is made of quartz doped with hydrogen and / or fluorine. Accordingly, the core 21 may be doped with only hydrogen, may be doped with only fluorine, or may be doped with both hydrogen and fluorine. The concentration of hydrogen is preferably 1.6 × 10 ^{17 to} 9.8 × 10 ¹⁷ molecules / cm ³ , and more preferably 1.8 × 10 ^{17 to} 9.5 × 10 ¹⁷ molecules / cm ^3. . The OH group concentration for quantifying the hydrogen concentration is preferably 400 to 2000 ppm, more preferably 500 to 1200 ppm. The concentration of fluorine is preferably 500 to 2000 ppm. In particular, when used in a radiation environment, radiation resistance is greatly affected by the fluorine concentration, so fluorine doping is preferable to hydrogen doping, and in that case, the fluorine concentration is preferably 500 to 2000 ppm. In addition, the core 21 may be doped with, for example, P of 500 to 10000 ppm, BF _{3 of} 500 to 40000 ppm, Ge of 500 to 20000 ppm, Al of 500 to 40000 ppm, and Er of 100 to 10,000 ppm. However, when used in a radiation environment, it is preferable that Cl is not contained in the core 21 because radiation characteristics are deteriorated. The core diameter is, for example, 50 to 400 μm.

クラッド２３は、純粋石英で形成されていてもよいが、水素がドープされた石英で形成されていることが好ましい。クラッド２３の層厚さは例えば１２５〜５００μｍである。 The clad 23 may be made of pure quartz, but is preferably made of quartz doped with hydrogen. The layer thickness of the clad 23 is, for example, 125 to 500 μm.

クラッド２３には、各々、コア２１に沿って延び、そのコア２１を囲うように配設された複数の中空部２５が形成されており、それらがコア２１を囲う単一層を構成している。複数の中空部２５の大きさは均一であってもよく、また、不均一であってもよい。複数の中空部２５は、相互に均等に離間して設けられていてもよく、また、相互に不均等に離間して設けられていてもよい。中空部２５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍ、肉厚は０．１〜１．０μｍである。ＮＡを大きくし伝播特性を高めるためには、この内径は大きく、肉厚は薄いことが好ましい。 Each of the clads 23 is formed with a plurality of hollow portions 25 extending along the core 21 and disposed so as to surround the core 21, and these constitute a single layer surrounding the core 21. The size of the plurality of hollow portions 25 may be uniform or non-uniform. The plurality of hollow portions 25 may be provided evenly spaced from each other or may be provided non-uniformly spaced from each other. The hollow portion 25 has, for example, a number of 80 to 150, an inner diameter of 10 to 40 μm, and a wall thickness of 0.1 to 1.0 μm. In order to increase the NA and improve the propagation characteristics, it is preferable that the inner diameter is large and the wall thickness is thin.

この実施形態２に係る光ファイバ心線２０は、上記実施形態１に係る光ファイバ心線１０の製造方法において、母材作成時に第１クラッド形成部３２の堆積を行わないことにより製造することができる。 The optical fiber core wire 20 according to the second embodiment can be manufactured by not depositing the first clad forming portion 32 when forming the base material in the manufacturing method of the optical fiber core wire 10 according to the first embodiment. it can.

この実施形態２に係る光ファイバ心線２０では、コア２１の直ぐ外側に中空部２５が設けられているので、中空部２５による水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制する効果及びコア２１を伝送する光の漏れを抑制する効果をより顕著に得ることができる。また、実施形態１に係る光ファイバ心線１０のような第１クラッド１２を形成しないので、その点でコストが低くなる。 In the optical fiber core wire 20 according to the second embodiment, since the hollow portion 25 is provided just outside the core 21, the effect of suppressing the escape of hydrogen by the hollow portion 25 to the outside over time and the core 21 The effect of suppressing leakage of transmitted light can be obtained more remarkably. Moreover, since the 1st clad | crud 12 like the optical fiber core wire 10 concerning Embodiment 1 is not formed, cost becomes low at the point.

その他の構成、及び作用効果は実施形態１と同一である。 Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment.

（実施形態３）
図４は実施形態３に係る光ファイバ心線１０を示す。この実施形態３に係る光ファイバ心線１０も、例えば、複数本が束ねられたバンドルとされて紫外線伝送用ライトガイド或いは放射線環境下に暴露されるイメージガイドとして用いられるものである。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。 (Embodiment 3)
FIG. 4 shows an optical fiber core wire 10 according to the third embodiment. The optical fiber core wire 10 according to the third embodiment is also used as, for example, a bundle of a plurality of bundles, and is used as an ultraviolet light transmission light guide or an image guide exposed to a radiation environment. In addition, the part of the same name as Embodiment 1 is shown with the same code | symbol as Embodiment 1. FIG.

実施形態３に係る光ファイバ心線１０では、実施形態１に係る光ファイバ心線１０に対比して、第２クラッド１２に、各々、コア１１に沿って延び、そのコア１１を囲うように配設された複数の中空部１５が形成されており、それらがコア１１を囲う複数層を構成している。例えば、図４では二層の中空部１５が設けられているが、内側層と外側層とで中空部１５の数は同一であってもよく、また、内側層の中空部１５の数が外側層の中空部１５の数よりも多くてもよく、さらに、内側層の中空部１５の数が外側層の中空部１５の数よりも少なくてもよい。内側層及び外側層のそれぞれの層の中空部１５の大きさは均一であってもよく、また、不均一であってもよい。内側層と外側層とで中空部１５の大きさは同一であってもよく、また、異なっていてもよい。内側層及び外側層のそれぞれの層の中空部１５は、相互に均等に離間して設けられていてもよく、また、相互に不均等に離間して設けられていてもよい。内側層の中空部１５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍである。外側層の中空部１５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍである。 In the optical fiber core wire 10 according to the third embodiment, compared with the optical fiber core wire 10 according to the first embodiment, the second clad 12 extends along the core 11 and surrounds the core 11. A plurality of provided hollow portions 15 are formed, and they constitute a plurality of layers surrounding the core 11. For example, in FIG. 4, two hollow portions 15 are provided, but the number of hollow portions 15 may be the same between the inner layer and the outer layer, and the number of hollow portions 15 in the inner layer is the outer side. The number of the hollow portions 15 of the layer may be larger, and the number of the hollow portions 15 of the inner layer may be smaller than the number of the hollow portions 15 of the outer layer. The size of the hollow portion 15 in each of the inner layer and the outer layer may be uniform or non-uniform. The size of the hollow portion 15 may be the same between the inner layer and the outer layer, or may be different. The hollow portions 15 of the inner layer and the outer layer may be provided so as to be evenly spaced from each other, or may be provided so as to be non-uniformly spaced from each other. The hollow part 15 of the inner layer has, for example, a number of 80 to 150 and an inner diameter of 10 to 40 μm. The hollow part 15 of the outer layer has, for example, a number of 80 to 150 and an inner diameter of 10 to 40 μm.

この実施形態３に係る光ファイバ心線１０では、中空部１５が周期性を持つ複数層に設けられ、フォトニック結晶特性を持たせることにより、中空部１５による水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制する効果及びコア１１を伝送する光の漏れを抑制する効果をより顕著に得ることができる。かかる観点からは、中空部１５間の距離が伝送光の波長の半分以下であることが好ましい。 In the optical fiber core wire 10 according to the third embodiment, the hollow portion 15 is provided in a plurality of layers having periodicity, and by providing photonic crystal characteristics, hydrogen from the hollow portion 15 escapes to the outside over time. And the effect of suppressing leakage of light transmitted through the core 11 can be obtained more remarkably. From such a viewpoint, it is preferable that the distance between the hollow portions 15 is not more than half the wavelength of the transmitted light.

（実施形態４）
図５は実施形態４に係る光ファイバ心線２０を示す。この実施形態４に係る光ファイバ心線２０も、例えば、複数本が束ねられたバンドルとされて紫外線伝送用ライトガイド或いは放射線環境下に暴露されるイメージガイドとして用いられるものである。なお、実施形態２と同一名称の部分は実施形態２と同一符号で示す。 (Embodiment 4)
FIG. 5 shows an optical fiber core wire 20 according to the fourth embodiment. The optical fiber core wire 20 according to the fourth embodiment is also used as, for example, a bundle of a plurality of bundles and used as a light guide for ultraviolet transmission or an image guide exposed to a radiation environment. In addition, the part of the same name as Embodiment 2 is shown with the same code | symbol as Embodiment 2. FIG.

実施形態４に係る光ファイバ心線２０では、実施形態２に係る光ファイバ心線２０に対比して、クラッド２３に、各々、コア２１に沿って延び、そのコア２１を囲うように配設された複数の中空部２５が形成されており、それらがコア２１を囲う複数層を構成している。例えば、図５では二層の中空部２５が設けられているが、内側層と外側層とで中空部２５の数は同一であってもよく、また、内側層の中空部２５の数が外側層の中空部２５の数よりも多くてもよく、さらに、内側層の中空部２５の数が外側層の中空部２５の数よりも少なくてもよい。内側層及び外側層のそれぞれの層の中空部２５の大きさは均一であってもよく、また、不均一であってもよい。内側層と外側層とで中空部２５の大きさは同一であってもよく、また、異なっていてもよい。内側層及び外側層のそれぞれの層の中空部２５は、相互に均等に離間して設けられていてもよく、また、相互に不均等に離間して設けられていてもよい。内側層の中空部２５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍである。NAを大きくし伝播特性を高めるためには内径は大きく、肉厚は薄くすることが好ましい。外側層の中空部２５は、例えば、数が８０〜１５０個であり、内径が１０〜４０μｍである。特に、フォトニック結晶性質を有効に発揮させるためには周期性を持たせたほうが好ましい。 In the optical fiber core wire 20 according to the fourth embodiment, as compared with the optical fiber core wire 20 according to the second embodiment, the clad 23 is disposed so as to extend along the core 21 and surround the core 21. A plurality of hollow portions 25 are formed, and they constitute a plurality of layers surrounding the core 21. For example, in FIG. 5, two hollow portions 25 are provided, but the number of hollow portions 25 may be the same between the inner layer and the outer layer, and the number of hollow portions 25 in the inner layer is the outer side. The number of the hollow portions 25 of the layer may be larger, and the number of the hollow portions 25 of the inner layer may be smaller than the number of the hollow portions 25 of the outer layer. The size of the hollow portion 25 of each of the inner layer and the outer layer may be uniform or non-uniform. The size of the hollow portion 25 may be the same between the inner layer and the outer layer, or may be different. The hollow portions 25 of the inner layer and the outer layer may be provided so as to be evenly spaced from each other, or may be provided so as to be non-uniformly spaced from each other. The hollow part 25 of the inner layer has, for example, a number of 80 to 150 and an inner diameter of 10 to 40 μm. In order to increase NA and improve propagation characteristics, it is preferable to increase the inner diameter and reduce the wall thickness. The hollow portion 25 of the outer layer has, for example, a number of 80 to 150 and an inner diameter of 10 to 40 μm. In particular, it is preferable to have periodicity in order to effectively exhibit the photonic crystal properties.

この実施形態４に係る光ファイバ心線２０では、中空部２５が複数層に設けられ、フォトニック結晶性質を持たせることにより、中空部２５による水素が経時的に外部に抜け出るのを抑制する効果及びコア２１を伝送する光の漏れを抑制する効果をより顕著に得ることができる。かかる観点からは、中空部２５間の距離が伝送光の波長の半分以下であることが好ましい。 In the optical fiber core wire 20 according to the fourth embodiment, the hollow portion 25 is provided in a plurality of layers and has the photonic crystal property, thereby suppressing the hydrogen from the hollow portion 25 from escaping to the outside over time. And the effect which suppresses the leakage of the light which transmits the core 21 can be acquired more notably. From such a viewpoint, it is preferable that the distance between the hollow portions 25 is not more than half of the wavelength of the transmitted light.

その他の構成、及び作用効果は実施形態２と同一である。 Other configurations and operational effects are the same as those of the second embodiment.

（その他の実施形態）
実施形態１〜４では、光ファイバＦを樹脂製の被覆層１４，２４で被覆した光ファイバ心線１０，２０としたが、特にこれに限定されるものではなく、図６（ａ）〜（ｄ）に示すようにＡｌ層１６，２６で被覆した構成であってもよい。Ａｌ層１６，２６の厚さは例えば５０〜３００μｍである。このようなＡｌ層１６，２６により被覆された光ファイバ心線１０，２０は、図７に示すように、線引き後の光ファイバＦをＡｌ被覆装置６０において６９０〜７５０℃に加熱した溶融Ａｌ浴及びダイスを通して冷却することにより製造することができる。Al被服状態は線引き速度及びAlダイス温度によって影響されるために注意が必要。このＡｌ層１６，２６は、樹脂のように伝送する紫外線により劣化することがなく、また、外部への伝送する紫外線の漏れを抑制することにより安全性を高め、さらに、それ自体にＯＨ基を多く閉じ込めるためＯＨ基（水素源）の外部放出を抑制する。 (Other embodiments)
In the first to fourth embodiments, the optical fiber cores 10 and 20 are formed by coating the optical fiber F with the resin coating layers 14 and 24. However, the present invention is not particularly limited to this, and FIGS. As shown in d), the structure covered with the Al layers 16 and 26 may be used. The thickness of the Al layers 16 and 26 is, for example, 50 to 300 μm. As shown in FIG. 7, the optical fiber cores 10 and 20 coated with such Al layers 16 and 26 are molten Al baths in which the optical fiber F after drawing is heated to 690 to 750 ° C. in the Al coating apparatus 60. And can be produced by cooling through a die. Care must be taken because the Al clothing condition is affected by the drawing speed and Al die temperature. The Al layers 16 and 26 are not deteriorated by the transmitted ultraviolet rays as in the case of the resin, and the safety is improved by suppressing leakage of the transmitted ultraviolet rays to the outside. In order to confine many, OH group (hydrogen source) emission is suppressed.

上記実施形態１〜４では、石英キャピラリ３５を用いてファイバ母材４０を作製する光ファイバ心線１０の製造方法を示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、円柱体に中空部１５，２５を形成するための穿孔をしてファイバ母材を作製してもよい。 In the said Embodiment 1-4, although the manufacturing method of the optical fiber core wire 10 which produces the fiber preform | base_material 40 using the quartz capillary 35 was shown, it is not limited to this in particular, For example, it is hollow in a cylindrical body A fiber preform may be produced by perforating to form the portions 15 and 25.

本発明は光ファイバについて有用である。 The present invention is useful for optical fibers.

Ｆ光ファイバ
１０，２０光ファイバ心線
１１，２１コア
１２第１クラッド
１３第２クラッド
１４，２４被覆層
１５，２５中空部
１６，２６Ａｌ層
２３クラッド
３０石英パイプ
３１コア形成部
３２第１クラッド形成部
３３第２クラッド形成パイプ
３５石英キャピラリ
４０母材
５０線引き機
６０Ａｌ被覆装置 F Optical fibers 10 and 20 Optical fiber core wires 11 and 21 Core 12 First clad 13 Second clad 14 and 24 Cover layers 15 and 25 Hollow portion 16 and 26 Al layer 23 Cladding 30 Quartz pipe 31 Core forming portion 32 First clad Forming part 33 Second clad forming pipe 35 Quartz capillary 40 Base material 50 Drawing machine 60 Al coating device

Claims

An optical fiber used in an ultraviolet transmission application having a core and a clad provided so as to surround the core or an application exposed to a radiation environment ,
The core is made of quartz doped with hydrogen and / or fluorine,
The cladding includes an inner solid first cladding having a lower refractive index than the core, and an outer second cladding having a higher refractive index than the first cladding,
Above the second cladding, disposed so as to constitute a plurality of layers with surrounding the core, each plurality of hollow portion extending along the core is formed, the hollow portion of the plurality of hydrogen, An optical fiber in which a gas containing at least one of oxygen and fluorine is enclosed .

The optical fiber according to claim 1, wherein
The core is an optical fiber made of quartz doped with fluorine.

The optical fiber according to claim 1 or 2,
An optical fiber having a core diameter of 50 to 400 μm.

The optical fiber according to any one of claims 1 to 3,
The first cladding is F or BF _３3 An optical fiber made of quartz doped with.

The optical fiber according to any one of claims 1 to 4,
An optical fiber having a first cladding layer thickness of 55 to 440 μm.

The optical fiber according to any one of claims 1 to 5,
An optical fiber in which the second cladding is made of pure quartz.

The optical fiber according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of hollow portions are optical fibers provided in two layers of an inner layer and an outer layer.

The optical fiber according to claim 7, wherein
An optical fiber in which the number of hollow portions of the inner layer is the same as the number of hollow portions of the outer layer.

The optical fiber according to claim 8, wherein
The optical fiber provided so that each hollow part of the said outer side layer may be distribute | arranged between the mutually adjacent hollow parts of the said inner layer.

The optical fiber according to any one of claims 7 to 9,
An optical fiber in which the inner diameter of the hollow portion of the outer layer is larger than the inner diameter of the hollow portion of the inner layer.