JP5555134B2 - Optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、照明用光源の光、ハイパワー光源の光(露光、光殺菌、蛍光観察、光触媒、分光光源、ガス分析、液晶封止、植物育成用LEDなどの光源の光)、樹脂硬化用UV光源の光、インク硬化用光源の光、歯科用樹脂硬化用光源の光などを効率よく結合させて低損失で伝搬させ、広い視野に照射することができる光ファイバに関する。 The present invention provides light for illumination light source, light for high power light source (exposure, light sterilization, fluorescence observation, photocatalyst, spectral light source, gas analysis, liquid crystal sealing, light for light source such as LED for plant growth), resin curing The present invention relates to an optical fiber that can efficiently combine light of a UV light source, light of an ink curing light source, light of a dental resin curing light source, etc., propagate with low loss, and irradiate a wide field of view.
光ファイバ通信の発展、普及に伴い開発された多くの光部品、光デバイス、光伝送方式などの光技術が光ファイバ通信以外の分野に色々と応用されるようになって来た。例えば照明用光源の光、ハイパワーの光、樹脂硬化用UV光、信号伝送用光、エキシマレーザの光、などを伝送させる光ファイバ及び光ファイバを束ねた光ファイババンドルが実用化されている。 With the development and spread of optical fiber communication, many optical technologies such as optical components, optical devices, and optical transmission systems have come to be applied in various fields other than optical fiber communication. For example, optical fibers that transmit light from an illumination light source, high-power light, UV light for resin curing, signal transmission light, excimer laser light, and the like, and optical fiber bundles in which optical fibers are bundled have been put into practical use.
これらの用途に要求される光ファイバの特性は、光ファイバの入射端へ上記光を効率よく結合させること、光ファイバの入射端から出射端まで上記光をできる限り減衰させないで伝搬して出射端から明るく出射させることである。このような要求に対して、光ファイバの材料として、石英系ガラス材料、多成分系ガラス材料、プラスチック系材料を用いることが提案されている。 The characteristics of the optical fiber required for these applications are that the light is efficiently coupled to the incident end of the optical fiber, and the light is propagated from the incident end to the outgoing end of the optical fiber without being attenuated as much as possible. To emit light brightly. In response to such demands, it has been proposed to use quartz glass materials, multicomponent glass materials, and plastic materials as optical fiber materials.
その中でも光ファイバの出射端から照明光をできる限り明るく出射させる光ファイバとして、図12に示すような石英系ガラス材料で構成した光ファイバ20が製品化されている。この光ファイバ20は、光の減衰を少なくするためにコア21にSiO2ガラスを用い、その外周のクラッド22にF(フッ素)を添加したSiO2ガラスを用いて構成されている。また、図13に示すように、上記光ファイバ20を複数本束ねてバンドル構造に形成した光ファイババンドル201が製品化されている。上記光ファイバは特許文献1〜3に開示されている。
Among them, as an optical fiber that emits illumination light as brightly as possible from the emission end of the optical fiber, an
しかしながら、照明用光源の光、ハイパワー光源の光、樹脂硬化用UV光源の光などを伝搬させるための石英系ガラス材料で構成した光ファイバには次のような課題が存在する。
(1)コアの屈折率nwとクラッドとの屈折率ncとの間の比屈折率差Δ《Δ=[(nw-nc)/nw]×100%》が0.2%程度と極めて小さいため開口角度が23°程度と小さくなり、上記光源の光を光ファイバ内に効率よく結合させて伝搬させることが出来ない。
(2)比屈折率差が小さいので出射端から放射される光の広がりが狭く、出射側を広い範囲にわたって照射することが難しい。
(3)光ファイバを曲げるとコア内の上記光がクラッドに漏れてしまい、光ファイバ内の光パワーの変動が生じたり、光ファイバの曲げによる損失が増加したりする。
(4)光ファイバのコアとクラッドがガラスからなる脆性材料で構成されているので、機械的曲げ強度が弱く、小さい曲率半径で自在に曲げることが難しい。
However, the following problems exist in optical fibers made of a silica glass material for propagating light from an illumination light source, light from a high-power light source, light from a UV light source for resin curing, and the like.
(1) Since the relative refractive index difference Δ << Δ = [(nw-nc) / nw] × 100% >> between the refractive index nw of the core and the refractive index nc of the cladding is as small as about 0.2%, the opening angle Becomes as small as about 23 °, and the light from the light source cannot be efficiently coupled and propagated in the optical fiber.
(2) Since the relative refractive index difference is small, the spread of light emitted from the exit end is narrow, and it is difficult to irradiate the exit side over a wide range.
(3) When the optical fiber is bent, the light in the core leaks into the clad, and the optical power in the optical fiber fluctuates or the loss due to bending of the optical fiber increases.
(4) Since the core and the clad of the optical fiber are made of a brittle material made of glass, the mechanical bending strength is weak and it is difficult to bend freely with a small radius of curvature.
本発明は前記した従来の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、照明用光源の光、ハイパワー光源の光、樹脂硬化用UV光源の光などを効率よく結合させて低損失で伝送させ、広い視野に照射することのできる、いわゆる低損失で高比屈折率差の光ファイバ及び光ファイババンドルを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to efficiently combine light from a light source for illumination, light from a high power light source, light from a UV light source for resin curing, and the like. It is an object of the present invention to provide a so-called low-loss optical fiber and optical fiber bundle that can be transmitted with low loss and irradiate a wide field of view.
本発明は、
中空ガラス管と、
前記中空ガラス管の内部に配置された横断面が円形状のガラスコアを有する光ファイバ本体と、
を有する光ファイバであって、
前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管の各貫通孔に1個ずつ配置されており、該光ファイバ本体は、前記中空ガラスの内周面に少なくとも2個の接触部で接し、該接触部以外の前記光ファイバ本体と前記中空ガラス管の間は、長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする。
また、上記光ファイバにおいては、前記ガラスコアをSiO 2 ガラスから構成することができる。
The present invention
A hollow glass tube,
An optical fiber body having a circular glass core with a circular cross section disposed inside the hollow glass tube;
An optical fiber comprising:
The hollow glass tube has a plurality of through holes therein,
One optical fiber main body is disposed in each through hole of the hollow glass tube, and the optical fiber main body is in contact with the inner peripheral surface of the hollow glass with at least two contact portions, and other than the contact portions. Between the said optical fiber main body and the said hollow glass tube, it is the space | gap part extended in a longitudinal direction, It is characterized by the above-mentioned.
In the above optical fiber, it is possible to configure the glass core of SiO 2 glass.
上記光ファイバにおいては、前記中空ガラス管が、内部に横断面が四角形状又は三角形状の貫通孔や、横断面が楕円状の貫通孔を有しており、前記貫通孔に前記光ファイバ本体が配置されていることが好ましい。 In the optical fiber, the hollow glass tube has a through-hole having a rectangular or triangular cross section inside or a through-hole having an elliptical cross section inside, and the optical fiber main body is in the through hole. It is preferable that they are arranged.
また、前記中空ガラス管の横断面の外形が円形状又は四角形状であることもよい構成である。 Moreover, it is the structure which the external shape of the cross section of the said hollow glass tube may be circular shape or square shape.
また、上記光ファイバにおいては、前記光ファイバ本体が、前記ガラスコアの外周に形成された前記ガラスコアよりも屈折率の低いガラスから成る薄層を有し、該薄層が前記中空ガラス管の内周面に接するように構成することが好ましい。
前記薄層は、FかB2O3を添加したSiO2ガラスから構成するとよい。
In the optical fiber, the optical fiber main body has a thin layer made of glass having a refractive index lower than that of the glass core formed on the outer periphery of the glass core, and the thin layer is formed of the hollow glass tube. It is preferable to configure so as to be in contact with the inner peripheral surface.
The thin layer is preferably composed of SiO 2 glass to which F or B 2 O 3 is added.
前記中空ガラス管は、SiO2ガラスか、FかB2O3を添加したSiO2ガラスから構成するとよい。
また、前記中空ガラス管は、補強部材が被覆されていることが好ましい。
Said hollow glass tube, SiO 2 or glass, may consist of SiO 2 glass doped with F or B 2 O 3.
The hollow glass tube is preferably covered with a reinforcing member.
本発明の光ファイババンドルは、上記した光ファイバを複数本束ねてバンドル状に構成したことを特徴とする。 The optical fiber bundle of the present invention is characterized in that a plurality of the optical fibers described above are bundled to form a bundle.
本発明は下記に示すような効果を有している。
まず、本発明に係る光ファイバでは、断面円形状のガラスコアを有する光ファイバ本体を、中空ガラス管の内周面に少なくとも2個の接触部で接するように該中空ガラス管の内部に配置し、前記接触部以外の中空ガラス管と光ファイバ本体との間は長手方向に延びる空隙部となるようにした。このため、光が伝搬するガラスコアの外周の大部分が空隙部(クラッド層)となり、例えば、SiO2ガラスからガラスコアを形成し、空隙部が空気層である場合は、該ガラスコアと空隙部との比屈折率差が約30%になる。この値は、従来の光ファイバよりも約1桁大きい値である。
The present invention has the following effects.
First, in the optical fiber according to the present invention, an optical fiber main body having a glass core having a circular cross section is arranged inside the hollow glass tube so as to be in contact with the inner peripheral surface of the hollow glass tube with at least two contact portions. The gap between the hollow glass tube and the optical fiber main body other than the contact portion is a gap extending in the longitudinal direction. Therefore, most of the outer periphery of the glass core through which light propagates becomes a void (cladding layer). For example, when the glass core is formed from SiO 2 glass and the void is an air layer, the glass core and the void The relative refractive index difference with the part is about 30%. This value is about an order of magnitude larger than that of a conventional optical fiber.
また、本発明の別の態様に係る光ファイバでは、断面円形状のガラスコアと、その外周に形成された該ガラスコアよりも屈折率の低いガラスから成る薄層とから光ファイバ本体を構成し、この光ファイバ本体を、中空ガラス管の内周面に少なくとも2個の接触部で接するように該中空ガラス管の内部に配置した。前記接触部以外の中空ガラス管と光ファイバ本体との間は長手方向に延びる空隙部となるようにした。このため、光が伝搬するガラスコアが屈折率の低い薄層(第1のクラッド層)で囲まれ、さらに、薄層の外周の大部分が空隙部(第2のクラッド層)となる。 Further, in an optical fiber according to another aspect of the present invention, an optical fiber body is composed of a glass core having a circular cross section and a thin layer made of glass having a refractive index lower than that of the glass core formed on the outer periphery thereof. The optical fiber main body was disposed inside the hollow glass tube so as to be in contact with the inner peripheral surface of the hollow glass tube with at least two contact portions. Between the hollow glass tube other than the contact portion and the optical fiber main body, a gap portion extending in the longitudinal direction was formed. For this reason, the glass core through which light propagates is surrounded by a thin layer (first cladding layer) having a low refractive index, and most of the outer periphery of the thin layer becomes a void (second cladding layer).
別の態様に係る光ファイバでは、ガラスコアが直接的に接触するのは薄層であるため、例えばガラスコアをSiO2ガラスから形成し、薄層をFが添加されたSiO2ガラスから形成した場合のガラスコアと薄層との間の比屈折率差は従来の光ファイバと同じになる。しかし、上述したように、クラッド層が薄層と空隙部から構成され、しかもクラッド層の大部分を空隙部が占有する(つまり、空隙部がクラッド層の支配的構成となる。)ことから、ガラスコアとクラッド層の間の比屈折率差は、SiO2ガラスの屈折率と空隙部(空気層)の屈折率から近似的に求めることができる。このため、別の態様の光ファイバにおいてもガラスコアとクラッド層の間の比屈折率差は約30%となり、従来の光ファイバよりも約1桁大きい値となる。 In the optical fiber according to another embodiment, since the glass core is in direct contact is thin layer, for example, a glass core formed of SiO 2 glass, was formed of SiO 2 glass a thin layer F is added In this case, the relative refractive index difference between the glass core and the thin layer is the same as that of the conventional optical fiber. However, as described above, the clad layer is composed of a thin layer and a gap, and the gap occupies most of the clad layer (that is, the gap is the dominant structure of the clad layer). The relative refractive index difference between the glass core and the clad layer can be obtained approximately from the refractive index of SiO 2 glass and the refractive index of the void (air layer). For this reason, even in another optical fiber, the relative refractive index difference between the glass core and the clad layer is about 30%, which is about one digit larger than that of the conventional optical fiber.
このように本発明の光ファイバは、ガラスコアとクラッド層の間の比屈折率差が大きいため、光ファイバの開口角度が180°に近い値となるので、照明用光源の光、ハイパワー光源の光、樹脂硬化用UV光源の光などを極めて効率よく結合させて光ファイバ内を伝搬させることが可能となる。また、出射端から広い拡がりをもって光を出射させることができるため、光ファイバの出射端側を広く照らすことが可能となる。 As described above, since the optical fiber of the present invention has a large relative refractive index difference between the glass core and the cladding layer, the opening angle of the optical fiber becomes a value close to 180 °. It is possible to propagate the light in the optical fiber by combining the light of the UV light, the light of the UV light source for resin curing, etc. very efficiently. Moreover, since light can be emitted with a wide spread from the emission end, the emission end side of the optical fiber can be illuminated widely.
なお、中空ガラス管の内周面と光ファイバ本体との接触部は線接触に近いため、空隙部に比して無視できるほど小さい。 Note that the contact portion between the inner peripheral surface of the hollow glass tube and the optical fiber body is close to a line contact, and thus is negligibly small as compared with the gap portion.
本発明の光ファイバは、その内部に少なくとも2つの空隙部が設けられているので、機械的な曲げに強い。また、大きな比屈折率差を有するので、曲げたときにおける光ファイバ内を伝搬している光のクラッド層への漏洩やガラスコア内の光強度の変動が従来の光ファイバに比して圧倒的に少ない。さらに、従来の光ファイバは、ガラスコアとクラッド層の熱膨張係数の差のため、温度変動により応力が発生し、この応力に依存して光ファイバ内の光パワー変動が生じるが、本発明の光ファイバでは光ファイバ本体と中空ガラス管との間の空隙部で上記応力を緩和させることができる。このため、光ファイバ内の光パワー変動を低減することが可能となる。 The optical fiber of the present invention is resistant to mechanical bending since at least two voids are provided in the optical fiber. Also, since it has a large relative refractive index difference, leakage of light propagating in the optical fiber to the cladding layer and fluctuation of the light intensity in the glass core when bent are overwhelming compared to conventional optical fibers. Very few. Further, in the conventional optical fiber, stress is generated due to temperature fluctuation due to the difference in thermal expansion coefficient between the glass core and the clad layer, and the optical power fluctuation in the optical fiber occurs depending on this stress. In the optical fiber, the stress can be relieved in the gap between the optical fiber body and the hollow glass tube. For this reason, it becomes possible to reduce the optical power fluctuation | variation in an optical fiber.
中空ガラス管内部の貫通孔の横断面を四角形状又は三角形状とすると、光ファイバ本体は複数点(2〜4点)で中空ガラス管の内周面に線接触し、大部分が空隙部(第2のクラッド層)で囲まれた状態で前記中空ガラス管内に配置される。このため、ガラスコアとクラッド層との比屈折率差が極めて大きくなり、光ファイバの開口角度を180°に近い値とすることができる。従って、照明用光源の光、ハイパワー光源の光、樹脂硬化用UV光源の光などを更に効率よく結合させて光ファイバ内を伝搬させることが可能となる。また、空隙部が大きくなることにより、曲げに対する機械的強度をさらに大きくすることができ、曲げによる光損失の漏洩や光強度変動を一層低減することができる。 When the cross-section of the through hole inside the hollow glass tube is a quadrangular shape or a triangular shape, the optical fiber body is in line contact with the inner peripheral surface of the hollow glass tube at a plurality of points (2 to 4 points), and most of the optical fiber body is a void portion ( It is arranged in the hollow glass tube in a state surrounded by a second clad layer. For this reason, the relative refractive index difference between the glass core and the cladding layer becomes extremely large, and the opening angle of the optical fiber can be set to a value close to 180 °. Therefore, the light from the illumination light source, the light from the high power light source, the light from the resin curing UV light source, and the like can be further efficiently combined and propagated in the optical fiber. In addition, since the gap is increased, the mechanical strength against bending can be further increased, and leakage of light loss and fluctuation of light intensity due to bending can be further reduced.
中空ガラス管の横断面の外形を円形状又は四角形状にすると、光ファイバが対称性を有する形状となるため、製造し易く、且つ取り扱い易くすることができる。また、曲げに対する機械的強度が強くなる。さらに、光ファイバを任意の方向に曲げてもガラスコア内を伝搬する光のクラッド層への漏洩やガラスコア内の光強度の変動を少なくすることができる。 If the outer shape of the cross section of the hollow glass tube is circular or quadrangular, the optical fiber has a symmetrical shape, so that it can be easily manufactured and handled. Further, the mechanical strength against bending is increased. Further, even if the optical fiber is bent in an arbitrary direction, leakage of light propagating in the glass core to the cladding layer and fluctuation of light intensity in the glass core can be reduced.
中空ガラス管の内部に複数個の貫通孔を設け、各貫通孔の内部に光ファイバ本体を配置した構造にすることにより、照明用光源の光、ハイパワー光源の光、樹脂硬化用UV光源の光などを複数のガラスコア内に大量に閉じ込めて光ファイバ内を伝搬させることが可能となる。すなわち、高強度の光パワーが伝搬可能となる。 A hollow glass tube is provided with a plurality of through-holes, and an optical fiber body is arranged inside each through-hole, so that the light of the illumination light source, the light of the high power light source, the UV light source for resin curing A large amount of light or the like can be confined in a plurality of glass cores and propagated in the optical fiber. That is, high intensity optical power can be propagated.
また、上述の光ファイバを複数本束ねてバンドル状に構成して光ファイババンドルとすることにより、この光ファイババンドル内にさらに高強度の光パワーを結合させて光伝搬させることが可能となる。 Further, by bundling a plurality of the above-mentioned optical fibers into a bundle shape to form an optical fiber bundle, it is possible to couple the optical power with higher intensity into the optical fiber bundle and propagate the light.
本発明においては、ガラスコアをSiO2ガラスとすることにより、波長のより短い紫外域波長帯の光源の光から近赤外領域波長帯の光源の光を低損失で伝搬させることができる。これにより、本発明の光ファイバ或いは光ファイババンドルを種々の用途、例えば紫外伝送用、照明用、樹脂硬化用UV伝送用、蛍光分析用、医療用レーザメス、エキシマレーザ用ガイド、分光分析用ガイド、信号伝送用、ソフトレーザガイド、ハイパワー光用ガイド、植物育成用LEDの光伝送用、半導体の露光装置用、光殺菌用、光触媒用、液晶封止用、ガス分析用などに適用することが可能となる。 In the present invention, when the glass core is made of SiO 2 glass, the light of the light source in the near-infrared wavelength band can be propagated with low loss from the light of the light source in the ultraviolet wavelength band having a shorter wavelength. Thereby, the optical fiber or optical fiber bundle of the present invention can be used in various applications such as ultraviolet transmission, illumination, resin curing UV transmission, fluorescence analysis, medical laser knife, excimer laser guide, spectroscopic analysis guide, Can be applied to signal transmission, soft laser guide, high power light guide, plant growth LED light transmission, semiconductor exposure device, photo sterilization, photocatalyst, liquid crystal sealing, gas analysis, etc. It becomes possible.
また、中空ガラス管内部の貫通孔の横断面を楕円状にすると、接触部以外の光ファイバ本体と中空ガラス管の間に設けられる空隙部を広く取ることができるので、より機械的な曲げに強い光ファイバを実現することが可能となる。 In addition, if the cross section of the through-hole inside the hollow glass tube is elliptical, the gap provided between the optical fiber body other than the contact portion and the hollow glass tube can be widened, so that more mechanical bending can be achieved. A strong optical fiber can be realized.
ガラスコアをSiO2ガラスから形成し、薄層をFかB2O3を添加したSiO2ガラスから形成することにより、薄層の屈折率をガラスコアの屈折率よりも0.2%程度低くすることができる。これによりガラスコア内に光を閉じ込め、接触部以外のガラスコアと中空ガラス管との間に設けられた空隙部で更にガラスコアへの光の閉じ込めを強くすることができる。 The glass core is formed of SiO 2 glass, by forming the SiO 2 glass a thin layer was added F or B 2 O 3, making the refractive index of the thin layer about 0.2% lower than the refractive index of the glass core Can do. Thereby, light can be confined in the glass core, and the confinement of light to the glass core can be further strengthened in the gap provided between the glass core other than the contact part and the hollow glass tube.
さらに、ガラスコアをSiO2ガラスから形成すると共に、薄層をFかB2O3を添加したSiO2ガラスから形成し、中空ガラス管をSiO2ガラス、或いはFかB2O3を添加したSiO2ガラスから形成すると、光ファイバの全ての材料をSiO2系ガラスで構成することができる。従って、光ファイバを製造する上で、軟化温度、熱膨張係数のミスマッチングによる構造の変形、応力の発生などを緩和させることができる。 Furthermore, to form the glass core of SiO 2 glass, formed of SiO 2 glass a thin layer was added F or B 2 O 3, and the hollow glass tube was added SiO 2 glass, or F or B 2 O 3 When formed from SiO 2 glass, all materials of the optical fiber can be made of SiO 2 glass. Therefore, in manufacturing the optical fiber, it is possible to reduce the deformation of the structure due to mismatching of the softening temperature and the thermal expansion coefficient, the generation of stress, and the like.
中空ガラス管の外周を補強部材で被覆すると、光ファイバの機械的な曲げに対する強度をより一層向上することができる。 When the outer periphery of the hollow glass tube is covered with a reinforcing member, the strength against mechanical bending of the optical fiber can be further improved.
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
図1に本発明の光ファイバの第1実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この光ファイバ10は、横断面が正方形状である貫通孔5を有する中空ガラス管4と、前記貫通孔5に配置された光ファイバ本体50とから構成されている。光ファイバ本体50は、横断面が円形状のガラスコア1の外周を該ガラスコア1よりも低屈折率のガラス薄層2(第1のクラッド層)で保護された構造を有しており、その薄層2の外周が4箇所の接触部(61,62,63,64)で中空ガラス管4の内周面と接触している。接触部61〜64は中空ガラス管4の一端部から他端部まで線状に延びており、このような構成により、光ファイバ本体50の外周は、中空ガラス管4の内周面と線接触する接触部61〜64を除いて空隙部3(第2のクラッド層)で覆われた構造となっている。
FIG. 1 shows a first embodiment of an optical fiber according to the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. The
なお、この中空ガラス管4は横断面の外形が円形状である。また、この実施例ではガラスコア1にSiO2ガラスを用い、ガラス薄層2にFを添加したSiO2ガラスを用いた。そして中空ガラス管4にはSiO2ガラスを用いた。
The
ガラスコア1を取り囲むクラッド層として作用するのは、ガラスコア1の外周に形成された低屈折率のガラス薄層2と、上記空隙部3である。本実施例に係る光ファイバ10のクラッド層は、大部分を第2のクラッド層である空隙部3(つまり、空気層)が占めるため、SiO2ガラスから成るガラスコア1とクラッド層との間の比屈折率差Δは約30%になり、従来の光ファイバの比屈折率差Δより約一桁大きい値となる。このため、光ファイバの開口角度が180°に近い値となり、光ファイバの一方の入射端から入射する光を非常に効率よく結合させてガラスコア1内に強く閉じ込めて伝搬させることができる。
It is the low refractive index glass
また本実施例の光ファイバ10は機械的な曲げに強い。さらに本実施例の光ファイバ10を曲げても光ファイバ10内を伝搬している光のクラッド層への漏洩やガラスコア1内の光強度の変動が従来の光ファイバに比して圧倒的に少ない。
Further, the
従来の光ファイバは、ガラスコア1とクラッド層との熱膨張係数の差のため、温度変動により応力が発生し、この応力に依存する光ファイバ内の光パワー変動が生じるが、本実施例の光ファイバ10ではガラスコア1と中空ガラス管4との間の空隙部3で上記応力を緩和させることができるので、光ファイバ10内の光パワー変動を低減することができる。
In the conventional optical fiber, due to the difference in thermal expansion coefficient between the
本実施例ではガラスコア1にSiO2ガラスを用い、ガラス薄層2にFを添加したSiO2ガラスを用いた。そして中空ガラス管4にはSiO2ガラスを用いたため、比屈折率差Δが極めて大きなマルチモード用の光ファイバとなる。ガラスコア1の直径は10μmから150μmの範囲が好ましいが、200μm程度までは許容できる範囲である。ガラス薄層2の厚みは、ガラスコア1を光学的に保護することが狙いであるので、2μmから20μmの範囲であれば十分である。中空ガラス管4の直径は100μmから300μmの範囲が実用的な曲げに耐えるので好ましい。ただし、それよりも大きくても実際の使用に際してはその外周に高分子材料が被覆されて曲げ易くなるので、使用することができる。ガラス薄層2にはB2O3を添加したSiO2ガラスを用いてもよい。中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面は正方形状の他に、長方形状でもよい。この場合にはガラスコア1が上記長方形状の空間内に2点で接するように配置される。
Using SiO 2 glass to the
なお、中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面を正方形状に加工する方法として、SiO2ガラスロッドの中心部を研削するという方法を用いることができる。また、それ以外の方法として、ゾルゲル法を用いて横断面の内側が正方形状で、外形が円形状の金属の型内にガラス原料の液体を流し込み、乾燥後に型から取り出して加熱処理するという方法を用いることができる。
As a method of processing the cross section of the through
ガラスコア1にSiO2ガラスを用いたのは、紫外線領域から近赤外線領域まで低損失で伝搬させることができる光ファイバを実現するためである。上記SiO2ガラス以外に、屈折率制御用の添加物(GeO2、 P2O5、TiO2、Nなど)を含んだSiO2ガラスや、多成分系のガラスなどを用いてもよい。
The reason why SiO 2 glass is used for the
中空ガラス管4は、ガラスコア1の材質に近いものが熱膨張係数、軟化温度のミスマッチングを少なくする上で好ましい。例えば、SiO2ガラス以外にFやBを添加したSiO2ガラスを用いることもできる。またSiO2ガラスの内面にFやBを添加したSiO2ガラス層を形成しておいてもよい。また屈折率制御用の添加物(B2O3、GeO2、 P2O5、TiO2など)を含んだSiO2ガラス、あるいは多成分系のガラスを用いてもよい。
The
上記光ファイバ10の具体的な作製方法について述べる。まずSiO2ガラスロッドの中心部に横断面が正方形状である貫通孔が形成されるように研削加工し、さらに該SiO2ガラスロッドの外形横断面が円形状となるように研削加工した。次に新たなSiO2ガラスロッドを用意し、外形横断面が円形状となるように研削加工し、その外周に気相化学反応を利用してFを添加したSiO2ガラス層を形成した。そしてこのFを添加したSiO2ガラス層で覆われたSiO2ガラスロッドを上記貫通孔が形成されたSiO2ガラスロッド内の貫通孔内に挿入して光ファイバ母材を作製した。この光ファイバ母材を光ファイバ線引き装置の高温(約2000℃)の線引き用電気炉内に一定速度で挿入しながらその先端部を延伸して巻き取りドラムに所望速度で巻き取りながら光ファイバ10を作製した。
A specific method for manufacturing the
次に、本実施例の光ファイバ10の試作例について述べる。SiO2ガラスから成るガラスコア1の直径を50μm、Fを添加したSiO2ガラス薄層2(屈折率1.442)の厚みを10μm、SiO2ガラスから成る中空ガラス管4の直径を150μmの光ファイバを試作した。この試作例に、波長248nmのエキシマレーザ光を光ファイバ10内に80%近い高結合効率(従来の光ファイバでは50%程度の結合効率)で結合させて光損失を測定した。その結果、光損失は72dB/kmであり、低損失特性であった。また波長1.3μmの半導体レーザ光を用いて損失を測定した結果は、0.8dB/kmであった。
Next, a prototype example of the
上記試作例の光ファイバ10の許容曲げ半径は10mm程度であることがわかった。この値は従来の光ファイバの半分程度であった。
It was found that the allowable bending radius of the
なお、上記実施例において、中空ガラス管4内の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層を形成しておいてもよい。
In the above embodiment, an SiO 2 glass layer to which F is added may be formed on the inner surface of the through
図2に本発明の光ファイバの第2実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この光ファイバ10は、図1の実施例とほぼ同様の構成であるが、異なるところは、横断面の外形が円形状の中空ガラス管4の内側に横断面が長方形の貫通孔5が設けられており、光ファイバ本体50が上記貫通孔5内に2個の接触部61,63で接するように配置されているという点である。
FIG. 2 shows a second embodiment of the optical fiber of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. The
図1の実施例と同様に、ガラスコア1に対して第1のクラッド層として作用するのは、ガラスコア1の外周に形成された低屈折率のガラス薄層2であり、空隙部3が第2のクラッド層となる。この第2のクラッド層がクラッド層の支配的構成となって、この光ファイバ10の一方の入射端から入射した光をガラスコア1内に強く閉じ込めて伝搬する。本実施例は、図1の実施例に比して空隙部3の断面積が広く、低屈折率のガラス薄層2の外周が上記横断面長方形状の貫通孔5内に4点ではなく2点(接触部61,63)で接するので、この光ファイバ10の一方の入射端から入射した光をガラスコア1内により強く閉じ込めて伝搬することができる。
この実施例においても中空ガラス管4内の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層を形成しておいてもよい。
As in the embodiment of FIG. 1, it is the low refractive index glass
Also in this embodiment, a SiO 2 glass layer to which F is added may be formed on the inner surface of the through
図3に本発明の光ファイバの第3実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この光ファイバ10は、図1の実施例とほぼ同様の構成であるが、中空ガラス管4の横断面の外形が正方形状である点が異なる。この中空ガラス管4はSiO2ガラスロッドを研削加工により横断面の外形が四角形状となるようにし、その内部に横断面が正方形状である貫通孔5を研削した。
FIG. 3 shows a third embodiment of the optical fiber of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. This
なお、本実施例においては、中空ガラス管4の横断面の外形は正方形の四隅が丸まった構造でもよい。これは光ファイバ母材を高温(約2000℃)の線引き用電気炉内に一定速度で挿入しながらその先端部を延伸して光ファイバにする際に、横断面の外形が正方形状の中空ガラス管4の四隅が溶融延伸されて丸くなるからである。
また、中空ガラス管4の横断面の外形は正方形に限らず長方形状でもよい。この場合も中空ガラス管4の外形の四隅が丸まった構造であってもよい。
また中空ガラス管4内の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層が形成されていてもよい。
In the present embodiment, the outer shape of the cross section of the
Further, the outer shape of the cross section of the
An SiO 2 glass layer to which F is added may be formed on the inner surface of the through
図4に本発明の光ファイバの第4実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この実施例の光ファイバ10は、第3実施例とほぼ同様の構成であるが、中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面が長方形に構成されており、その貫通孔5内に低屈折率のガラス薄層2で円形状の高屈折率からなるガラスコア1を保護してなる光ファイバ本体50が2個の接触部61,63で接するように配置されている点が異なる。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the optical fiber of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. The
この実施例においても中空ガラス管4の横断面の外形は正方形以外に長方形でもよく、更に四隅が丸まった構造であってもよい。また、中空ガラス管4内の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層が形成されていてもよい。
Also in this embodiment, the outer shape of the cross section of the
図5に本発明の光ファイバの第5実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この実施例の光ファイバ10は、横断面円形状の中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面が楕円形状に構成されており、その楕円形状の貫通孔5内に低屈折率のガラス薄層2で保護された円形状の高屈折率からなるガラスコア1が2個の接触部61,63で接するように配置された構成である。この構成も空隙部3の断面積を大きくできるという特徴がある。上記中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面を楕円形状に加工するには研削加工を行うとよい。また、中空ガラス管4の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層が形成されていてもよい。
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the optical fiber of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. In the
図6に本発明の光ファイバの第6実施例を示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この実施例の光ファイバ10は、中空ガラス管4内の貫通孔5の横断面が三角形状(あるいは3つの隅が丸まった略三角形状)に構成されており、その貫通孔5内に光ファイバ本体50が3点の接触部(61,62,63)で接するように配置されている点が第1実施例と異なる。なお、本実施例においても、中空ガラス管4内の貫通孔5の内面にFを添加したSiO2ガラス層が形成されていてもよい。
FIG. 6 shows a sixth embodiment of the optical fiber of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. In the
図7に本発明の光ファイバの第7実施例を示す。この図は第7実施例に係る光ファイバ10の横断面の概略図を示したものである。第7実施例に係る光ファイバ10は、ガラス管7の中に、横断面が正方形状の5個の貫通孔51〜55を形成し、これら貫通孔51〜55内にそれぞれ1個の光ファイバ本体501〜505を配置した構成を有している。前記光ファイバ本体501〜505は、低屈折率のガラス薄層2で保護された横断面が円形状の高屈折率のガラスコア1から成る。
このように、本実施例の光ファイバ10は光の伝搬するガラスコア1を5つ有するため、光ファイバを複数本束ねて成る光ファイババンドルと同等の機能を有する。
FIG. 7 shows a seventh embodiment of the optical fiber of the present invention. This figure shows the schematic of the cross section of the
Thus, since the
この実施例ではガラス管7には直径が250μmのSiO2ガラスを用い、光を伝搬するガラスコア1には直径が50μmのSiO2ガラスを用い、それらの外周のガラス薄層2(厚みは5μm)にはFを添加したSiO2ガラス(波長0.633μmでの屈折率1.443)を用いた。貫通孔51〜55は横断面がそれぞれ60μm角の正方形になるように形成した。
With SiO 2 glass of 250μm in
この光ファイバ10の製造方法について述べる。まずSiO2ガラスからなるガラスロッドを用意し、このガラスロッド内に横断面が正方形状である5個の貫通孔51〜55を、研削加工で形成して中空ガラス管4を作製した。もう一方で新たにSiO2ガラスからなるガラスロッドを5本用意し、横断面の外径が円形となるように研削加工した上で、これらの外周に気相化学反応を利用してFを添加したSiO2ガラス層を形成した。これらのFを添加したSiO2ガラス層で覆われたSiO2ガラスからなるガラスロッドを上記中空ガラス管4のそれぞれの貫通孔51〜55内に挿入して光ファイバ母材を作製した。そして、この光ファイバ母材を高温(約2000℃)の線引き用電気炉内に一定速度で挿入しながらその先端部を延伸して光ファイバ10を作製した。なお、ガラス管7にはSiO2ガラス以外にFやBを添加したSiO2ガラスを用いてもよい。
A method for manufacturing the
図8に本発明の光ファイバの第8実施例を示す。この図は第8実施例に係る光ファイバの横断面の概略図を示したものである。この実施例の光ファイバ10は、第7実施例とほぼ同様の構成であるが、異なるところは、ガラス管7の中に、9個の貫通孔51〜59が図8に示すごとく形成されている点である。各貫通孔51〜59にはそれぞれ1個の光ファイバ本体501〜509が配置されている。このように貫通孔の数が多ければより高出力のパワーの光伝送を実現することができる。
なお、上記貫通孔の数は5個や9個に限られず6個や7個でもよく、これより少なくても多くてもよい。
FIG. 8 shows an eighth embodiment of the optical fiber of the present invention. This figure shows the schematic of the cross section of the optical fiber which concerns on 8th Example. The
The number of the through holes is not limited to 5 or 9, but may be 6 or 7, and may be smaller or larger.
図9に本発明の第9実施例に係る光ファイババンドルを示す。この図は第9実施例に係る光ファイババンドル100の横断面の概略図を示したものである。この光ファイババンドル100は、図1に示した光ファイバ(図9では、符号101〜107を付している。)を7本束ね、高分子材料から成る被覆部材8で覆った、いわゆる高密度光ファイババンドル構造を有している。被覆部材8は、例えば一次被覆材料としてのシリコン樹脂,UV硬化樹脂などと、その上を覆う二次被覆材料としてのナイロンとから構成することができる。なお、光ファイバの本数は7本よりも少なくてもよく、多くてもよい。
FIG. 9 shows an optical fiber bundle according to the ninth embodiment of the present invention. This figure shows the schematic of the cross section of the
図10に本発明の第10実施例に係る光ファイババンドルを示す。この図は光ファイババンドルの横断面の概略図を示したものである。第10実施例に係る光ファイババンドル100は、第9実施例の高密度光ファイババンドルの外周を補強部材9で被覆したものである。補強部材9は高分子材料、金属材料などで構成することができる。
FIG. 10 shows an optical fiber bundle according to the tenth embodiment of the present invention. This figure shows the schematic of the cross section of an optical fiber bundle. An
図11に本発明の第11実施例に係る光ファイバを示す。同図(a)は横断面図、(b)は外観図である。この光ファイバ10は、中空ガラス管4内に横断面が長方形状の貫通孔5を設け、その貫通孔5内に2個の光ファイバ本体50を空隙部3を介して並べて設けた構造を有している。この光ファイバ10は横幅の広い領域に光を照射するのに適している。
FIG. 11 shows an optical fiber according to an eleventh embodiment of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. This
なお、本発明は上記実施例に限定されない。
ガラスコアの外周には薄層を設けなくても良い。この構成では、光ファイバ本体がガラスコアのみで構成されることになり、該ガラスコアの外周が2個以上の接触部で中空ガラス管の内周面に接する。
In addition, this invention is not limited to the said Example.
It is not necessary to provide a thin layer on the outer periphery of the glass core. In this configuration, the optical fiber main body is composed only of a glass core, and the outer periphery of the glass core is in contact with the inner peripheral surface of the hollow glass tube at two or more contact portions.
第1〜第9実施例及び第11実施例の光ファイバの外周には光ファイバの保護用の高分子重合体材料や金属材料などから成る補強部材が被覆されていてもよい。
第1〜第8実施例及び第11実施例の光ファイバ、第9及び第10実施例の光ファイババンドルの空隙部3内には不活性ガスが含まれるようにし、光ファイバの両端を封止するようにしてもよい。
The outer periphery of the optical fibers of the first to ninth embodiments and the eleventh embodiment may be coated with a reinforcing member made of a polymer material or a metal material for protecting the optical fiber.
The
ガラスコア1内の屈折率分布は平坦分布や、中心部から径方向に低くなる勾配分布(例えばグレーデッド型屈折率分布)、階段状の分布を持っていてもよい。
第7及び第8実施例の光ファイバにおいて、ガラス管7の貫通孔に配置する光ファイバ本体50は、図1の構造以外に図2から図6の構造でもよい。
第2実施例及び第4実施例は、薄層2で覆われたガラスコア1から成る光ファイバ本体50を中空ガラス管4内の貫通孔5内に1個だけ配置した例であるが、第11実施例のように空隙部3を介して複数個並べて配置してもよい。このように光ファイバ本体50を複数設けると、横幅の広い領域に光を照射することができる。第1〜第4、第7〜第11実施例の貫通孔5の横断面の4つの角は直角である必要は無く、丸まっていてもよい。
第6実施例の中空ガラス管4内の三角形の貫通孔5の3つの角も丸まっていてもよい。
The refractive index distribution in the
In the optical fibers of the seventh and eighth embodiments, the
The second embodiment and the fourth embodiment are examples in which only one
Three corners of the triangular through
1…ガラスコア
2…ガラス薄層
3…空隙部
4…中空ガラス管
5、51〜59…貫通孔
61〜64…接触部
7…ガラス管
8…補強部材
10、20…光ファイバ
21…コア
22…クラッド
50、501〜509…光ファイバ本体
100、101〜107、201…光ファイババンドル
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記中空ガラス管の内部に配置された横断面が円形状のガラスコアを有する光ファイバ本体と、
を有する光ファイバであって、
前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管の各貫通孔に1個ずつ配置されており、該光ファイバ本体は、前記貫通孔の内周面に少なくとも2個の接触部で接し、該接触部以外の前記光ファイバ本体と前記中空ガラス管の間は、長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする光ファイバ。 A hollow glass tube,
An optical fiber body having a circular glass core with a circular cross section disposed inside the hollow glass tube;
An optical fiber comprising:
The hollow glass tube has a plurality of through holes therein,
One optical fiber body is disposed in each through-hole of the hollow glass tube, and the optical fiber body is in contact with the inner peripheral surface of the through-hole by at least two contact portions, and other than the contact portions. An optical fiber characterized in that a gap extending in the longitudinal direction is provided between the optical fiber main body and the hollow glass tube.
前記中空ガラス管は内部に横断面が四角形状又は三角形状の貫通孔を有し、該貫通孔に前記光ファイバ本体が配置されていることを特徴とする光ファイバ。 The optical fiber according to claim 1, wherein
The hollow glass tube has a through hole having a square or triangular cross section inside, and the optical fiber body is disposed in the through hole.
前記中空ガラス管は内部に横断面が楕円状の貫通孔を有し、該貫通孔に前記光ファイバ本体が配置されていることを特徴とする光ファイバ。 The optical fiber according to claim 1, wherein
The hollow glass tube has a through hole having an elliptical cross section inside, and the optical fiber body is disposed in the through hole.
前記中空ガラス管の横断面の外形が円形状又は四角形状であることを特徴とする光ファイバ。 The optical fiber according to any one of claims 1 to 3,
An optical fiber characterized in that an outer shape of a cross section of the hollow glass tube is circular or square.
前記光ファイバ本体は、前記ガラスコアの外周に形成された前記ガラスコアよりも屈折率の低いガラスから成る薄層を有し、該薄層が前記中空ガラス管の前記貫通孔の内周面に接することを特徴とする光ファイバ。 The optical fiber according to any one of claims 1 to 5 ,
The optical fiber body has a thin layer made of glass having a refractive index lower than that of the glass core formed on the outer periphery of the glass core, and the thin layer is formed on the inner peripheral surface of the through hole of the hollow glass tube. An optical fiber characterized by contact.
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