JPH05330848A - 高エネルギー光線を透過する為の素子及び同素子の使用 - Google Patents
高エネルギー光線を透過する為の素子及び同素子の使用Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高エネルギー密度で、波長が２５０nmと４０
０nmとの間の光線を透過する際に出来るだけ透過率の変
化の小さい素子を提供する。 【構成】 光入射面を備えた光集束領域と、光放射面を
備えた光放射領域と、光集束領域と光放射領域との間に
配置されている光透過区間とを有する高純度合成石英ガ
ラス製の素子において、前記石英ガラスが５０ppmと120
0ppmとの間の範囲の水酸基イオン含有量を有し、且つ化
学量論量より低い酸素含有量を有するものを使用する。
０nmとの間の光線を透過する際に出来るだけ透過率の変
化の小さい素子を提供する。 【構成】 光入射面を備えた光集束領域と、光放射面を
備えた光放射領域と、光集束領域と光放射領域との間に
配置されている光透過区間とを有する高純度合成石英ガ
ラス製の素子において、前記石英ガラスが５０ppmと120
0ppmとの間の範囲の水酸基イオン含有量を有し、且つ化
学量論量より低い酸素含有量を有するものを使用する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の入射面を備えた光
集束領域と、光の放射面を備えた光放射領域と、光集束
領域と光放射領域との間に配置されている光透過区間と
を有する高純度合成石英ガラス製の、２５０nmと４００
nmとの間の波長を用いて高エネルギー密度光線を透過す
る為の素子及び同素子の使用に関するものである。
集束領域と、光の放射面を備えた光放射領域と、光集束
領域と光放射領域との間に配置されている光透過区間と
を有する高純度合成石英ガラス製の、２５０nmと４００
nmとの間の波長を用いて高エネルギー密度光線を透過す
る為の素子及び同素子の使用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の素子は、高エネルギー密度の紫
外線、特に、例えば材料の処理加工、又は脈管疾患治療
の為の医学分野において、又は眼科学分野において、エ
キシマレーザー光線の透過に使用されている。紫外スペ
クトル領域のレーザー光線を透過するためのこの種の素
子の用途は、いわゆる「光の散逸」により限定されてい
る。これは、高エネルギー放射により誘発される減衰が
故の透過の低下と解釈される。透過されるべき光線のエ
ネルギー密度が高ければ高い程、それだけ一層顕著な
「光の散逸」効果は、特に、３５１nm(XeF)、３０８nm
(XeCl)及び２４８nm(KrF)のエキシマレーザー光線の波
長に対して見られる。例えば、表面の溶解、剥落又は亀
裂のような明確に肉眼で可視の欠陥の他にガラス構造の
肉眼では見えない欠陥により透過力の低下が引き起こさ
れる。
外線、特に、例えば材料の処理加工、又は脈管疾患治療
の為の医学分野において、又は眼科学分野において、エ
キシマレーザー光線の透過に使用されている。紫外スペ
クトル領域のレーザー光線を透過するためのこの種の素
子の用途は、いわゆる「光の散逸」により限定されてい
る。これは、高エネルギー放射により誘発される減衰が
故の透過の低下と解釈される。透過されるべき光線のエ
ネルギー密度が高ければ高い程、それだけ一層顕著な
「光の散逸」効果は、特に、３５１nm(XeF)、３０８nm
(XeCl)及び２４８nm(KrF)のエキシマレーザー光線の波
長に対して見られる。例えば、表面の溶解、剥落又は亀
裂のような明確に肉眼で可視の欠陥の他にガラス構造の
肉眼では見えない欠陥により透過力の低下が引き起こさ
れる。
【０００３】ヨーロッパ特許第A2 0 401 845号明細書に
より、３６０nmよりも短い波長による紫外線透過の為の
光学素子が知られているが、同素子は、高純度で無条痕
の合成石英ガラスで形成されており、少なくとも５０pp
mの水酸基イオンを含有しており、水素がドーピングさ
れている。該明細書においては、ガラスに含有されてい
る水素及び水酸基イオンがパルス状のエキシマレーザー
光線に対するガラスの耐久性へプラスの作用を及ぼして
いると説明している。純石英ガラス製の素子に比して、
既知の素子は、改善された耐放射性を特徴としている。
特に、この種の石英ガラス製素子を使用することによ
り、顕著な材料の破損が認められない限りにおいては、
紫外領域に見られる比較的高エネルギー密度の光線を透
過可能である。換言すれば、水素及び水酸基イオンを含
有した石英ガラスの光の散逸効果は、純石英ガラス製の
素子に比して比較的高いエネルギー密度において初めて
生ずるのである。更に、該特許明細書から、金属製不純
物が高エネルギーを含有したレーザー光線に対する石英
ガラスの耐久性を低減させることが知られている。
より、３６０nmよりも短い波長による紫外線透過の為の
光学素子が知られているが、同素子は、高純度で無条痕
の合成石英ガラスで形成されており、少なくとも５０pp
mの水酸基イオンを含有しており、水素がドーピングさ
れている。該明細書においては、ガラスに含有されてい
る水素及び水酸基イオンがパルス状のエキシマレーザー
光線に対するガラスの耐久性へプラスの作用を及ぼして
いると説明している。純石英ガラス製の素子に比して、
既知の素子は、改善された耐放射性を特徴としている。
特に、この種の石英ガラス製素子を使用することによ
り、顕著な材料の破損が認められない限りにおいては、
紫外領域に見られる比較的高エネルギー密度の光線を透
過可能である。換言すれば、水素及び水酸基イオンを含
有した石英ガラスの光の散逸効果は、純石英ガラス製の
素子に比して比較的高いエネルギー密度において初めて
生ずるのである。更に、該特許明細書から、金属製不純
物が高エネルギーを含有したレーザー光線に対する石英
ガラスの耐久性を低減させることが知られている。
【０００４】雑誌「応用光学素子」(APPLIED OPTICS)第
２７巻No.１５（1988年）において公開されているロッ
ド エス・テイラー（Rood S. Talor）らの論文「シリ
カファイバーのエキシマレーザー波長による溶解の被害
と透過性との関係」(Dependence of the damage and tr
ansmission properties of fused silicafibers on the
excimer laser wavelenght)は、波長領域が１９３nm〜
３５１nmに限定されたエキシマレーザー光線の透過性に
対する素子の耐放射性を研究している。研究対象となっ
ている素子の場合、３２５ppmと1200ppmの間の水酸基イ
オン含有量を有する。ドーピングされていない合成石英
ガラス製の繊維が重要である。同論文では、３５１nmの
エキシマレーザー波長は例外として、繊維の透過性は、
稼働時間が長くなるにつれて低減したが、高エネルギー
レーザー光線を照射した後、しばらくの間、部分的に透
過性の回復が認められたことを証明している。更に、同
論文から、水酸基イオン含有量が４００ppmの石英グラ
スファイバーと、水酸基イオン含有量が1200ppmの石英
グラスファイバーとの透過性の変化の直接比較におい
て、繊維を透過するレーザー光線の波長及びエネルギー
が同じである場合、水酸基イオン含有量が４００ppmの
繊維は比較的小さな透過性の変化を示すことが明らかと
なった。
２７巻No.１５（1988年）において公開されているロッ
ド エス・テイラー（Rood S. Talor）らの論文「シリ
カファイバーのエキシマレーザー波長による溶解の被害
と透過性との関係」(Dependence of the damage and tr
ansmission properties of fused silicafibers on the
excimer laser wavelenght)は、波長領域が１９３nm〜
３５１nmに限定されたエキシマレーザー光線の透過性に
対する素子の耐放射性を研究している。研究対象となっ
ている素子の場合、３２５ppmと1200ppmの間の水酸基イ
オン含有量を有する。ドーピングされていない合成石英
ガラス製の繊維が重要である。同論文では、３５１nmの
エキシマレーザー波長は例外として、繊維の透過性は、
稼働時間が長くなるにつれて低減したが、高エネルギー
レーザー光線を照射した後、しばらくの間、部分的に透
過性の回復が認められたことを証明している。更に、同
論文から、水酸基イオン含有量が４００ppmの石英グラ
スファイバーと、水酸基イオン含有量が1200ppmの石英
グラスファイバーとの透過性の変化の直接比較におい
て、繊維を透過するレーザー光線の波長及びエネルギー
が同じである場合、水酸基イオン含有量が４００ppmの
繊維は比較的小さな透過性の変化を示すことが明らかと
なった。
【０００５】雑誌「現代光学素子ジャーナル」(Journal
of modern optics)1988年第３５巻No.３，３７１〜３
８５頁のホワイト ハースト(White Hurst)らの「オプ
ティカルファイバーにおける紫外線パルスの透過」(Ult
raviolet pulse transmissionin optical fibers)の論
文から1500ppmまでの水酸基イオンを含有した石英ガラ
ス製の素子が知られており、同素子は、純粋な「乾燥石
英ガラス」に比して比較的高いエネルギー密度に向けて
位置の移行した「破壊限界」を有している。同論文にお
いて、入射面を備えた光集束領域と、光の放射面を備え
た光放射領域と、光集束領域と光放射領域との間に配置
されている光透過区間とを有する水酸基イオンの含有さ
れた石英ガラスから成る素子の構造が知られているが、
前記素子構造の場合、光集束領域は、入射方向において
先細りの円錐形状の形を形成している。
of modern optics)1988年第３５巻No.３，３７１〜３
８５頁のホワイト ハースト(White Hurst)らの「オプ
ティカルファイバーにおける紫外線パルスの透過」(Ult
raviolet pulse transmissionin optical fibers)の論
文から1500ppmまでの水酸基イオンを含有した石英ガラ
ス製の素子が知られており、同素子は、純粋な「乾燥石
英ガラス」に比して比較的高いエネルギー密度に向けて
位置の移行した「破壊限界」を有している。同論文にお
いて、入射面を備えた光集束領域と、光の放射面を備え
た光放射領域と、光集束領域と光放射領域との間に配置
されている光透過区間とを有する水酸基イオンの含有さ
れた石英ガラスから成る素子の構造が知られているが、
前記素子構造の場合、光集束領域は、入射方向において
先細りの円錐形状の形を形成している。
【０００６】Proc OFC 1989年、論文ＴＨＩ１に記載の
Ｈ．ニシカワらの論文「オプティカルファイバーに見ら
れる欠陥とストレス現象」(Defects and Stress Phenom
enain Optical Fibers)に基づき、オプティカルファイ
バーの吸収性の測定方法が知られているが、同ファイバ
ーは、酸素イオンの含有量、製造方法、塩素イオンの含
有量及び水酸基イオンの含有量を特徴としている。酸素
の含有量が化学量論量未満である前記ファイバーにおい
て、２４５nmの吸収帯が測定されたが、同吸収帯は、酸
素含有量が化学量論量未満であるが故に内部に欠陥のあ
るガラス組織種、つまり「酸素欠落箇所」のあるガラス
組織種に帰属している。
Ｈ．ニシカワらの論文「オプティカルファイバーに見ら
れる欠陥とストレス現象」(Defects and Stress Phenom
enain Optical Fibers)に基づき、オプティカルファイ
バーの吸収性の測定方法が知られているが、同ファイバ
ーは、酸素イオンの含有量、製造方法、塩素イオンの含
有量及び水酸基イオンの含有量を特徴としている。酸素
の含有量が化学量論量未満である前記ファイバーにおい
て、２４５nmの吸収帯が測定されたが、同吸収帯は、酸
素含有量が化学量論量未満であるが故に内部に欠陥のあ
るガラス組織種、つまり「酸素欠落箇所」のあるガラス
組織種に帰属している。
【０００７】類似した測定が「物理学評論Ｂ」(PHYSICA
L REVIEW B」３９巻(1989)No.2に見られるアール トモ
ン(R.Thomon)らの論文「SiO2に見られる５.０及び７.６
eVの吸収帯と酸素欠落との相関関係」(Correlation of
the ５.０−and ７.６−eVabsorption bands in SiO2 w
ith oxygen vacancy)において発表されている。測定及
びしかるべき計算に基づき、異なった高純度の石英ガラ
スにおいて観察された５.０eV（２４５nm)の吸収帯は、
酸素の欠落箇所及び他の酸素不定による欠陥に起因して
いることが詳述されている。測定に使用された石英ガラ
スは、その製造方法、並びに塩素イオン及び水酸基イオ
ンの含有量を特徴としている。
L REVIEW B」３９巻(1989)No.2に見られるアール トモ
ン(R.Thomon)らの論文「SiO2に見られる５.０及び７.６
eVの吸収帯と酸素欠落との相関関係」(Correlation of
the ５.０−and ７.６−eVabsorption bands in SiO2 w
ith oxygen vacancy)において発表されている。測定及
びしかるべき計算に基づき、異なった高純度の石英ガラ
スにおいて観察された５.０eV（２４５nm)の吸収帯は、
酸素の欠落箇所及び他の酸素不定による欠陥に起因して
いることが詳述されている。測定に使用された石英ガラ
スは、その製造方法、並びに塩素イオン及び水酸基イオ
ンの含有量を特徴としている。
【０００８】波長領域が２５０nmと４００nmとの間の高
エネルギー光線に対し、石英ガラス製の既知の素子は、
照射開始と共に透過の減衰徴候を示す。初期値に基づ
き、通常「プラトー値」（Plateauwert）まで素子の透
過率は減衰し、その後は、比較的長時間の照射であって
も変化はわずかである。素子の透過率の初期値から「プ
ラトー値」までの前記変化は、透過すべき光線のエネル
ギー密度の増加に伴い顕著に増大することを示してい
る。素子の使用プロセス中における透過率の比較的大き
な変化は、素子の数多くの用途に対し許容不可能であ
る。他方、透過可能な最大エネルギー密度が多くの用途
にとって決定的なパラメータであることから、既知の素
子の使用領域は、この「光の散逸」効果により大幅に制
限されている。
エネルギー光線に対し、石英ガラス製の既知の素子は、
照射開始と共に透過の減衰徴候を示す。初期値に基づ
き、通常「プラトー値」（Plateauwert）まで素子の透
過率は減衰し、その後は、比較的長時間の照射であって
も変化はわずかである。素子の透過率の初期値から「プ
ラトー値」までの前記変化は、透過すべき光線のエネル
ギー密度の増加に伴い顕著に増大することを示してい
る。素子の使用プロセス中における透過率の比較的大き
な変化は、素子の数多くの用途に対し許容不可能であ
る。他方、透過可能な最大エネルギー密度が多くの用途
にとって決定的なパラメータであることから、既知の素
子の使用領域は、この「光の散逸」効果により大幅に制
限されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高エ
ネルギー密度で、波長が２５０nmと４００nmとの間の光
線を透過する際に出来るだけ透過率の変化の小さい素子
を提供することにある。
ネルギー密度で、波長が２５０nmと４００nmとの間の光
線を透過する際に出来るだけ透過率の変化の小さい素子
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、発明に基づ
き、既知の素子から、５０ppmと1200ppmとの間の範囲の
水酸基イオン含有量及び化学量論量より低い酸素含有量
を有する石英ガラスにより解決された。紫外線を透過す
ることにより素子の材料内には必然的に欠陥が生ずる。
欠陥の種類、強度並びに透過性へ及ぼす効果は主に、透
過すべき光線のエネルギー密度と波長とに依存してい
る。しかも、特に、いわゆる「酸素過剰による欠陥」が
生ずる可能性があり、これは、ＵＶ−及びＩＲ−スペク
トルに見られるさまざまな波長における吸収帯の形成又
は強化を促す。特に、最大２６５nmの吸収帯は、この種
の「酸素過剰による欠陥」の形成と相関関係にあること
が明らかとなった。透過すべき光線の特徴の他にこの種
の欠陥を形成する可能性は、ガラス繊維、特に、原子の
結合及び結合方法並びにケイ素原子の配位、又はケイ素
に近接した酸素イオンの平均存在度に依存している。
き、既知の素子から、５０ppmと1200ppmとの間の範囲の
水酸基イオン含有量及び化学量論量より低い酸素含有量
を有する石英ガラスにより解決された。紫外線を透過す
ることにより素子の材料内には必然的に欠陥が生ずる。
欠陥の種類、強度並びに透過性へ及ぼす効果は主に、透
過すべき光線のエネルギー密度と波長とに依存してい
る。しかも、特に、いわゆる「酸素過剰による欠陥」が
生ずる可能性があり、これは、ＵＶ−及びＩＲ−スペク
トルに見られるさまざまな波長における吸収帯の形成又
は強化を促す。特に、最大２６５nmの吸収帯は、この種
の「酸素過剰による欠陥」の形成と相関関係にあること
が明らかとなった。透過すべき光線の特徴の他にこの種
の欠陥を形成する可能性は、ガラス繊維、特に、原子の
結合及び結合方法並びにケイ素原子の配位、又はケイ素
に近接した酸素イオンの平均存在度に依存している。
【００１１】石英ガラスにおける酸素含有量が化学量論
量未満であることにより、２５０nmと４００nmとの間の
波長を用いて高エネルギー光線を透過する際に、この種
の「酸素過剰による欠陥」を形成する可能性が減少す
る。
量未満であることにより、２５０nmと４００nmとの間の
波長を用いて高エネルギー光線を透過する際に、この種
の「酸素過剰による欠陥」を形成する可能性が減少す
る。
【００１２】しかしながら、他方、徐々にこの種の欠陥
が蓄積することにより、素子の透過性は劣化し続けるで
あろう。石英ガラスの水酸基イオン含有量により、周知
の如く、すでに生じて了った欠陥の補修が可能である。
高エネルギー光線の透過プロセスにおける欠陥形成と欠
陥補修との相互競争効果により、素子においてほぼ欠陥
のバランスがとられるが、このバランスは、透過の「プ
ラトー値」を、つまり、本来の透過値からの透過の減衰
量を決定している。「酸素含有量の少ない」、高純度石
英ガラスを通って、２５０nm〜４００nmの間の波長によ
り高エネルギー紫外線を透過する際に生じた欠陥は、石
英ガラスネットワークに内在する水酸基イオン、特に、
内在する水素が前記欠陥を効果的に補修する結果、本来
の値から「プラトー値」までの透過量の減衰が非常にわ
ずかであることが思いがけず明らかとなった。
が蓄積することにより、素子の透過性は劣化し続けるで
あろう。石英ガラスの水酸基イオン含有量により、周知
の如く、すでに生じて了った欠陥の補修が可能である。
高エネルギー光線の透過プロセスにおける欠陥形成と欠
陥補修との相互競争効果により、素子においてほぼ欠陥
のバランスがとられるが、このバランスは、透過の「プ
ラトー値」を、つまり、本来の透過値からの透過の減衰
量を決定している。「酸素含有量の少ない」、高純度石
英ガラスを通って、２５０nm〜４００nmの間の波長によ
り高エネルギー紫外線を透過する際に生じた欠陥は、石
英ガラスネットワークに内在する水酸基イオン、特に、
内在する水素が前記欠陥を効果的に補修する結果、本来
の値から「プラトー値」までの透過量の減衰が非常にわ
ずかであることが思いがけず明らかとなった。
【００１３】ここで「高純度」と称される石英ガラス
は、アルカリイオンの含有量が１５０ppbよりも少な
く、アルカリ土類イオンの含有量が合わせて１００ppb
よりも少なく、他の金属性不純物、例えばＴｉ，Ｃｒ，
Ｆｅ及びＮｉの含有量が合わせて５０ppbよりも少な
い。
は、アルカリイオンの含有量が１５０ppbよりも少な
く、アルカリ土類イオンの含有量が合わせて１００ppb
よりも少なく、他の金属性不純物、例えばＴｉ，Ｃｒ，
Ｆｅ及びＮｉの含有量が合わせて５０ppbよりも少な
い。
【００１４】水酸基イオンの含有量が６００ppmよりも
少なく、そして２４０nm〜２５０nmの波長領域に最大値
を有し、０.１dB／mよりも大きな強度を持つ吸収帯を前
記石英ガラスが有するように酸素含有量が化学量論量未
満である石英ガラスから成る素子は、非常に好都合であ
ることがわかった。吸収帯の強度として、ここでは、dB
／m単位の減衰値を示しているが、前記減衰値は、吸収
帯のベースラインより上の吸収帯の最大値レベルに相応
している。化学量論量未満の酸素含有量が、強度最大値
において少なくとも０.１dB／mの強度を有する吸収帯を
石英ガラス中に生ずるような量であることにより、「酸
素過剰による欠陥」により生ずる吸収が２６５nmにおい
て全く生じないか、又は殆んど確認できない程度にしか
生じない程「酸素過剰による欠陥」の発生率が少ないこ
とを保証すると同時に、前記のように酸素含有量の少な
い石英ガラスにおいて２５０nmと４００nmとの間の波長
を持つ高エネルギー光線により生じた欠陥が、５０ppm
〜６００ppmの比較的わずかな水酸基イオン濃度により
非常に効果的に補修されるか、又は少なくとも、２５０
nm〜約４００nmの波長領域において全く吸収を生じない
か或いは、わずかにしか生じない結果、高エネルギー光
線の透過はこの波長領域において全く妨害されないか、
又はわずかにしか妨害されないことを保証している。従
って、６００ppmよりも少ない石英ガラスの比較的わず
かな水酸基イオン含有量は、石英ガラスの透過特性へ好
都合に作用している。石英ガラス中の高い水酸基イオン
含有量は、高エネルギー光線の透過に際し、同じく欠陥
形成に関与していることが明らかとなった。少なくとも
２００ppmの水酸基イオン含有量は、非常に好都合であ
ることが明らかとなった。
少なく、そして２４０nm〜２５０nmの波長領域に最大値
を有し、０.１dB／mよりも大きな強度を持つ吸収帯を前
記石英ガラスが有するように酸素含有量が化学量論量未
満である石英ガラスから成る素子は、非常に好都合であ
ることがわかった。吸収帯の強度として、ここでは、dB
／m単位の減衰値を示しているが、前記減衰値は、吸収
帯のベースラインより上の吸収帯の最大値レベルに相応
している。化学量論量未満の酸素含有量が、強度最大値
において少なくとも０.１dB／mの強度を有する吸収帯を
石英ガラス中に生ずるような量であることにより、「酸
素過剰による欠陥」により生ずる吸収が２６５nmにおい
て全く生じないか、又は殆んど確認できない程度にしか
生じない程「酸素過剰による欠陥」の発生率が少ないこ
とを保証すると同時に、前記のように酸素含有量の少な
い石英ガラスにおいて２５０nmと４００nmとの間の波長
を持つ高エネルギー光線により生じた欠陥が、５０ppm
〜６００ppmの比較的わずかな水酸基イオン濃度により
非常に効果的に補修されるか、又は少なくとも、２５０
nm〜約４００nmの波長領域において全く吸収を生じない
か或いは、わずかにしか生じない結果、高エネルギー光
線の透過はこの波長領域において全く妨害されないか、
又はわずかにしか妨害されないことを保証している。従
って、６００ppmよりも少ない石英ガラスの比較的わず
かな水酸基イオン含有量は、石英ガラスの透過特性へ好
都合に作用している。石英ガラス中の高い水酸基イオン
含有量は、高エネルギー光線の透過に際し、同じく欠陥
形成に関与していることが明らかとなった。少なくとも
２００ppmの水酸基イオン含有量は、非常に好都合であ
ることが明らかとなった。
【００１５】特に、広い波長領域に亙って高エネルギー
光線をできるだけ妨害されることなく透過するという点
で、素子は、２００nmと３５０nmとの間の波長領域に唯
一の吸収帯を有する石英ガラスを備えていることは好都
合であることが明らかとなった。
光線をできるだけ妨害されることなく透過するという点
で、素子は、２００nmと３５０nmとの間の波長領域に唯
一の吸収帯を有する石英ガラスを備えていることは好都
合であることが明らかとなった。
【００１６】高エネルギー光線を長い区間に亙って透過
する為には、光透過区間をファイバー状又は棒状の形態
にすることが適切であることが実証された。しかも、光
集束領域及び／又は光放射領域を光透過領域方向に向け
て先細りの円錐形の形態にすることは非常に好都合であ
る。素子表面の破壊性膨張は、素子材料全体のそれに比
して低減されているので、素子材料全体においてそれ自
体が透過可能であろう出力濃度で光線を集束又は放射す
る場合でも集束面又は放射面の破損又は破壊が生ずる。
本来の光透過区間の横断面に比して集束面又は放射面が
膨張すること及びひいては、同時に生ずる可能性のある
集束される光線又は放射される光線の拡散は、各面の面
積単位のオプティカルストレスを低減させる。これは、
高エネルギー光線の透過を可能にするが、他方、その高
い光学出力濃度が故に集束又は放射の際に素子の表面が
破壊されるであろう。
する為には、光透過区間をファイバー状又は棒状の形態
にすることが適切であることが実証された。しかも、光
集束領域及び／又は光放射領域を光透過領域方向に向け
て先細りの円錐形の形態にすることは非常に好都合であ
る。素子表面の破壊性膨張は、素子材料全体のそれに比
して低減されているので、素子材料全体においてそれ自
体が透過可能であろう出力濃度で光線を集束又は放射す
る場合でも集束面又は放射面の破損又は破壊が生ずる。
本来の光透過区間の横断面に比して集束面又は放射面が
膨張すること及びひいては、同時に生ずる可能性のある
集束される光線又は放射される光線の拡散は、各面の面
積単位のオプティカルストレスを低減させる。これは、
高エネルギー光線の透過を可能にするが、他方、その高
い光学出力濃度が故に集束又は放射の際に素子の表面が
破壊されるであろう。
【００１７】集束される光線又は放射される光線の固有
放射特性を補償する為に、光集束面及び／又は光放射面
を湾曲構造にすることは好都合であることが実証され
た。
放射特性を補償する為に、光集束面及び／又は光放射面
を湾曲構造にすることは好都合であることが実証され
た。
【００１８】特に、高エネルギー光線を比較的長い区間
又は湾曲した区間に亙って案内する為には、素子の少な
くとも光透過区間を被覆材料で覆うこと、又その屈折率
は1.4589より小さいことが好都合であることが明らかと
なった。被覆材料としては、特にフッ素及び／又はホウ
素がドーピングされた石英ガラスか、又は耐紫外線性合
成樹脂がふさわしいことが実証された。
又は湾曲した区間に亙って案内する為には、素子の少な
くとも光透過区間を被覆材料で覆うこと、又その屈折率
は1.4589より小さいことが好都合であることが明らかと
なった。被覆材料としては、特にフッ素及び／又はホウ
素がドーピングされた石英ガラスか、又は耐紫外線性合
成樹脂がふさわしいことが実証された。
【００１９】本発明に基づく素子の用途としては、特に
３００nmと３２０nmとの間の波長領域に見られる高エネ
ルギー光線の透過に、特に３１０nmの波長の高エネルギ
ー光線の透過に適していることが明らかとなった。この
波長領域内での放射が故に生じた欠陥は、本発明に基づ
く素子内で非常に容易に補修されるか、又は、この波長
領域内で光線の透過を妨害しないような吸収帯しか生み
出さない。
３００nmと３２０nmとの間の波長領域に見られる高エネ
ルギー光線の透過に、特に３１０nmの波長の高エネルギ
ー光線の透過に適していることが明らかとなった。この
波長領域内での放射が故に生じた欠陥は、本発明に基づ
く素子内で非常に容易に補修されるか、又は、この波長
領域内で光線の透過を妨害しないような吸収帯しか生み
出さない。
【００２０】光透過領域がファイバー状又は棒状の形態
である一実施形態において、本発明に基づく素子は、材
料加工を目的として高エネルギー密度の紫外線を透過さ
せる為に、繊維に対し平行に、又は相互にほぼ平行に配
置されている同一の、又は形態上類似した複数個の独立
素子がフレキシブルに配置されている装置に見られる独
立素子としての使用に適していることが実証された。し
かも素子は、例えば硬化可能な材料内に埋込むこと及び
／又は相互に巻付けが可能である。
である一実施形態において、本発明に基づく素子は、材
料加工を目的として高エネルギー密度の紫外線を透過さ
せる為に、繊維に対し平行に、又は相互にほぼ平行に配
置されている同一の、又は形態上類似した複数個の独立
素子がフレキシブルに配置されている装置に見られる独
立素子としての使用に適していることが実証された。し
かも素子は、例えば硬化可能な材料内に埋込むこと及び
／又は相互に巻付けが可能である。
【００２１】光透過区間が厚壁中空シリンダ状の形態又
はパンチディスク状の形態である特殊な用途において、
素子の使用が適していることが実証された。本発明に基
づく素子の前記実施形態は、特に、紫外線透過の際の光
拡散手段として、及び／又は、光束の個々の光線に基づ
く光エネルギーを光の拡散方向に対し垂直な平面におい
て均等に分散させるのに適している。例えば、束に統合
された独立した光導体に基づく２５０nmと４００nmとの
間の波長領域から生ずる高エネルギー光線は、この種の
素子内で好都合に集束できるが、その場合、個々の光導
体に由来する光モードは、素子の光透過区間に亙って光
モードが透過する過程において相互にミックスされるこ
とが明らかとなった。
はパンチディスク状の形態である特殊な用途において、
素子の使用が適していることが実証された。本発明に基
づく素子の前記実施形態は、特に、紫外線透過の際の光
拡散手段として、及び／又は、光束の個々の光線に基づ
く光エネルギーを光の拡散方向に対し垂直な平面におい
て均等に分散させるのに適している。例えば、束に統合
された独立した光導体に基づく２５０nmと４００nmとの
間の波長領域から生ずる高エネルギー光線は、この種の
素子内で好都合に集束できるが、その場合、個々の光導
体に由来する光モードは、素子の光透過区間に亙って光
モードが透過する過程において相互にミックスされるこ
とが明らかとなった。
【００２２】更に、光透過区間の長さは、光導体束側か
ら離れた素子の側上で、個々の光線の光エネルギーが、
その拡散が故に少なくとも部分的に重畳するように好都
合にも選択された。従って、処理されるべき、又は切除
されるべき材料又は組織は比較的大きな面積に渡って均
一に高エネルギーが与えられた。中空シリンダに見られ
る溝は、ガス状の又は液状媒体の供給並びに案内導線の
敷設に用いられる。これは、例えば医学用カテーテルを
用いて血管内の沈積物を剥離治療する為に重要である
が、前記溝は、その縦軸に対し相互に平行に延びる個々
のファイバーから形成されており、前記ファイバーを通
って使用光が透過される。
ら離れた素子の側上で、個々の光線の光エネルギーが、
その拡散が故に少なくとも部分的に重畳するように好都
合にも選択された。従って、処理されるべき、又は切除
されるべき材料又は組織は比較的大きな面積に渡って均
一に高エネルギーが与えられた。中空シリンダに見られ
る溝は、ガス状の又は液状媒体の供給並びに案内導線の
敷設に用いられる。これは、例えば医学用カテーテルを
用いて血管内の沈積物を剥離治療する為に重要である
が、前記溝は、その縦軸に対し相互に平行に延びる個々
のファイバーから形成されており、前記ファイバーを通
って使用光が透過される。
【００２３】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。図１に図示の曲線１，２及び３は、光導体の
減衰過程を示しているが、前記光導体は、各々同一方法
により、ドーピングされていない高純度の合成石英ガラ
スから作られている。光導体の材料は、材料を製造する
間のさまざまな酸素供給量に基づいてのみ区別される。
光導体１，２，３は、原形から引き伸ばされたが、その
水酸基イオン含有量は、各々６００ppmである。
説明する。図１に図示の曲線１，２及び３は、光導体の
減衰過程を示しているが、前記光導体は、各々同一方法
により、ドーピングされていない高純度の合成石英ガラ
スから作られている。光導体の材料は、材料を製造する
間のさまざまな酸素供給量に基づいてのみ区別される。
光導体１，２，３は、原形から引き伸ばされたが、その
水酸基イオン含有量は、各々６００ppmである。
【００２４】光導体１の為の石英ガラスは、正確な化学
量論量の材料（珪素：酸素＝１：２）を用いて石英ガラ
スを製造するのに必要な量にふさわしい酸素供給の下に
製造された。光導体２の為の材料を製造する際には、酸
素供給量は光導体１の場合に比して著しく低減される一
方、光導体３の為の石英ガラスを製造する際には、酸素
の過剰供給が選択された。
量論量の材料（珪素：酸素＝１：２）を用いて石英ガラ
スを製造するのに必要な量にふさわしい酸素供給の下に
製造された。光導体２の為の材料を製造する際には、酸
素供給量は光導体１の場合に比して著しく低減される一
方、光導体３の為の石英ガラスを製造する際には、酸素
の過剰供給が選択された。
【００２５】プラズマによる外側被覆方法を用いて、前
記方法で製造された石英ガラスシリンダ上に、フッ素の
ドーピングされた石英ガラス被覆層が付着されたが、被
覆の外径と核の直径との比率は１対１である。前記方法
で製造された原形は、各々ファイバーの直径２２０μm
の光導体１，２及び３に引伸ばされた。
記方法で製造された石英ガラスシリンダ上に、フッ素の
ドーピングされた石英ガラス被覆層が付着されたが、被
覆の外径と核の直径との比率は１対１である。前記方法
で製造された原形は、各々ファイバーの直径２２０μm
の光導体１，２及び３に引伸ばされた。
【００２６】２００nmと３５０nmとの間のスペクトル領
域における光導体１，２，３の基本減衰の過程は著しい
差異を示したが、それは、石英ガラスを製造する際の異
なった酸素供給量のみに起因するものである。光導体１
は、曲線状の減衰の流れを示しているが、前記流れは、
比較的短い波長へ向けての光の散乱の増大に応じて決ま
る。酸素含有量が化学量論量より過剰である石英ガラス
から成る核を有する光導体３は、約２６５nmの最大値を
持つ幅広の吸収帯４を示しているが、前記吸収帯は、研
究しているスペクトル領域に見られる曲線特性を決めて
いる。前記吸収帯４からは、いわゆる「酸素過剰による
欠陥」の存在が推論できる。
域における光導体１，２，３の基本減衰の過程は著しい
差異を示したが、それは、石英ガラスを製造する際の異
なった酸素供給量のみに起因するものである。光導体１
は、曲線状の減衰の流れを示しているが、前記流れは、
比較的短い波長へ向けての光の散乱の増大に応じて決ま
る。酸素含有量が化学量論量より過剰である石英ガラス
から成る核を有する光導体３は、約２６５nmの最大値を
持つ幅広の吸収帯４を示しているが、前記吸収帯は、研
究しているスペクトル領域に見られる曲線特性を決めて
いる。前記吸収帯４からは、いわゆる「酸素過剰による
欠陥」の存在が推論できる。
【００２７】酸素含有量が化学量論量未満の石英ガラス
から成る核を有する光導体２の基本減衰線は反対に比較
的弱く現れており、約２４５nmの最大値を持つ幅の狭い
吸収帯５を示している。前記吸収帯５は、約０.２dB／m
の強度を有しているが、いわゆる「酸素の欠落箇所」又
は他の酸素による欠陥の存在を暗示している。
から成る核を有する光導体２の基本減衰線は反対に比較
的弱く現れており、約２４５nmの最大値を持つ幅の狭い
吸収帯５を示している。前記吸収帯５は、約０.２dB／m
の強度を有しているが、いわゆる「酸素の欠落箇所」又
は他の酸素による欠陥の存在を暗示している。
【００２８】光導体１及び２の部分箇所を通って高エネ
ルギーＸｅＣｌエキシマレーザー光線が急激に透過され
光の減衰特性が測定された。その際のエキシマレーザー
光線の波長は３０８nm、パルス持続時間は２８ns、エネ
ルギー密度は１５Ｊ／cm2、パルス周波数は３０Ｈｚで
あった。測定された光導体１ａ；２ａ（図２）は、約２
ｍの長さの試験体であった。前記測定の結果は、図２に
図示されているが、核材料を製造する際の酸素供給量
が、前記核材料から作られた光導体の光減衰特性へ著し
く影響を及ぼしていることを示している。
ルギーＸｅＣｌエキシマレーザー光線が急激に透過され
光の減衰特性が測定された。その際のエキシマレーザー
光線の波長は３０８nm、パルス持続時間は２８ns、エネ
ルギー密度は１５Ｊ／cm2、パルス周波数は３０Ｈｚで
あった。測定された光導体１ａ；２ａ（図２）は、約２
ｍの長さの試験体であった。前記測定の結果は、図２に
図示されているが、核材料を製造する際の酸素供給量
が、前記核材料から作られた光導体の光減衰特性へ著し
く影響を及ぼしていることを示している。
【００２９】参照番号１ａが付されている光導体は、技
術水準に相応するものであるが、本来の透過率から「プ
ラトー値」への急激な減衰が示されており、約20,000レ
ーザーパルス後に、照射開始時の値に比して約７０％の
減衰が示されている。参照番号２ａの付された光導体
は、酸素含有量の少ない石英ガラスから核が作られてい
るが、前記１ａとは逆に、より良好な光減衰特性を示し
ている。20,000レーザーパルスの後、透過性は、光導体
２ａにおいて、以前としてその本来の値の９０％より上
の値に位置している。光導体２ａの透過性は、１０万レ
ーザーパルス後も依然その本来の値の９０％の値を保持
している。
術水準に相応するものであるが、本来の透過率から「プ
ラトー値」への急激な減衰が示されており、約20,000レ
ーザーパルス後に、照射開始時の値に比して約７０％の
減衰が示されている。参照番号２ａの付された光導体
は、酸素含有量の少ない石英ガラスから核が作られてい
るが、前記１ａとは逆に、より良好な光減衰特性を示し
ている。20,000レーザーパルスの後、透過性は、光導体
２ａにおいて、以前としてその本来の値の９０％より上
の値に位置している。光導体２ａの透過性は、１０万レ
ーザーパルス後も依然その本来の値の９０％の値を保持
している。
【図１】種々の光導体の減衰測定結果を示すものであ
る。
る。
【図２】高いパルス数を用いて高エネルギー密度の光線
を透過した際の本発明に基づく素子の光減衰特性と、技
術水準に基づく素子の光減衰特性とを比較測定した結果
を示すものである。
を透過した際の本発明に基づく素子の光減衰特性と、技
術水準に基づく素子の光減衰特性とを比較測定した結果
を示すものである。
１ 化学量論量の酸素を含有する石英ガラスから製造さ
れた光導体 ２ 化学量論量より少ない酸素含有量の石英ガラスから
製造された光導体（本発明） ３ 化学量論量より過剰の酸素含有量の石英ガラスから
製造された光導体 ４ 上記３の光導体の吸収帯 ５ 上記２の光導体の吸収帯
れた光導体 ２ 化学量論量より少ない酸素含有量の石英ガラスから
製造された光導体（本発明） ３ 化学量論量より過剰の酸素含有量の石英ガラスから
製造された光導体 ４ 上記３の光導体の吸収帯 ５ 上記２の光導体の吸収帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテファン・トーマス ドイツ連邦共和国、6451 グロスクロツェ ンブルグ、ダムスヴェーク ２
Claims (14)
- 【請求項１】 光入射面を備えた光集束領域と、光放射
面を備えた光放射領域と、光集束領域と光放射領域との
間に配置されている光透過区間とを有する高純度合成石
英ガラス製の、２５０nmと４００nmとの間の波長を用い
て高エネルギー密度光線を透過する為の素子において、
前記石英ガラスは、５０ppmと1200ppmとの間の範囲の水
酸基イオン含有量を有し、且つ化学量論量より低い酸素
含有量を有することを特徴とする素子。 - 【請求項２】 前記石英ガラスは６００ppmよりも少な
い水酸基イオン含有量を示し、化学量論量より低い酸素
含有量は、前記石英ガラスが２４０nm〜２５０nmの波長
領域において最大値を持ち、０.１dB／mよりも大きな強
度を持つ吸収帯(5)を有するような量である請求項１に
記載の素子。 - 【請求項３】 前記石英ガラスは少なくとも２００ppm
の水酸基イオン含有量を有する請求項１又は２に記載の
素子。 - 【請求項４】 前記石英ガラスは、２００nmと３５０nm
との間の波長領域内に唯一の吸収帯(5)を有する請求項
１〜３のいづれか１項に記載の素子。 - 【請求項５】 前記光透過区間は、ファイバー状の、又
は棒状の形態である請求項１〜４のいづれか１項に記載
の素子。 - 【請求項６】 前記光集束領域及び／又は光放射領域
は、前記光透過区間の方向において先細りの円錐状の形
態である請求項５に記載の素子。 - 【請求項７】 前記光入射面及び／又は光放射面は、湾
曲している請求項１〜６のいづれか１項に記載の素子。 - 【請求項８】 少なくとも前記光透過区間は、被覆材料
で被覆されており、該材料は、1.4589よりも小さな屈折
率を有している請求項１〜７のいづれか１項に記載の素
子。 - 【請求項９】 前記被覆材料は、フッ素及び／又はホウ
素のトーピングされた石英ガラスを含有している請求項
８に記載の素子。 - 【請求項１０】 前記被覆材料は、耐紫外線性合成樹脂
を含有している請求項８に記載の素子。 - 【請求項１１】 前記光透過区間は、厚壁の中空シリン
ダ状の、又はパンチディスク状の形態である請求項１〜
４、又は６〜１０のいづれか１項に記載の素子。 - 【請求項１２】 ３００nmと３２０nmとの間の範囲の波
長、特に３０８nmの波長を用いて高エネルギー密度の光
線を透過する為の、請求項１〜１１のいづれか１項に記
載の素子の使用。 - 【請求項１３】 材料加工を目的として高エネルギー密
度の紫外線を透過させる為に、縦軸に対し相互に平行に
配置されている同一の、又は形態上類似した複数個の独
立素子がフレキシブルに配置されている装置に見られる
独立素子として、請求項５に記載の、及び請求項１〜４
及び６〜１０のいづれか１項に記載の素子の使用。 - 【請求項１４】 紫外線透過の際の光拡散手段として及
び／又は光束の個々の光線に基づく光エネルギーを光の
拡散方向に対し垂直な平面において均等に分散させる為
の、請求項１１に記載の素子の使用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4206182:2 | 1992-02-28 | ||
| DE4206182A DE4206182C2 (de) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Bauteil für die Übertragung von energiereichem Licht und Verwendung des Bauteils |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05330848A true JPH05330848A (ja) | 1993-12-14 |
| JP2589432B2 JP2589432B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=6452815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4202575A Expired - Lifetime JP2589432B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-07-29 | 高エネルギー光線を透過する為の素子及び同素子の使用 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5315685A (ja) |
| EP (1) | EP0557587A1 (ja) |
| JP (1) | JP2589432B2 (ja) |
| DE (1) | DE4206182C2 (ja) |
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