JPH11314940A - Optical fiber - Google Patents
Optical fiberInfo
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- JPH11314940A JPH11314940A JP11001273A JP127399A JPH11314940A JP H11314940 A JPH11314940 A JP H11314940A JP 11001273 A JP11001273 A JP 11001273A JP 127399 A JP127399 A JP 127399A JP H11314940 A JPH11314940 A JP H11314940A
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、クラッド材とし
て、シリカの多孔質骨格からなるエアロゲルを用いた光
ファイバに関し、詳しくは、太陽光の伝送、医療用機器
照明、顕微鏡照射、自動車部品等の照明関係、パンチカ
ード読み取り、マーク読み取り等の情報システム関係、
遠隔モニター、自動検査等のプロセスコントロール関
係、その他装飾品、玩具等におけるライトガイド、紫外
線ファイバ、赤外線ファイバ、イメージファイバ、ウェ
ーブガイド、アクティブファイバ等に適用でき、高い伝
送効率を得ることができる光ファイバに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber using an airgel composed of a porous skeleton of silica as a cladding material, and more particularly, to the transmission of sunlight, illumination of medical equipment, irradiation of microscopes, automobile parts and the like. Information systems related to lighting, punch card reading, mark reading, etc.
Optical fiber that can be used for remote control, process control such as automatic inspection, and other applications such as light guides, ultraviolet fibers, infrared fibers, image fibers, waveguides, active fibers, etc. in decorative articles and toys, and can achieve high transmission efficiency. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光ファイバのコア材としては、石
英系ガラスや多成分系ガラス等のガラス類、メチルメタ
クリレート等のアクリル系やスチロール系のプラスチッ
ク類、あるいはテトラクロルエチレン等の透明な液体類
が用いられている。また、クラッド材としては、コア材
よりも屈折率の低いソーダライム系やホウケイ酸ガラス
系等のガラス類、塩化ビニル、アリルジグリコールカー
ボネートやフッ素を添加して屈折率を低下させたアクリ
ル系のプラスチック類等が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, core materials for optical fibers include glasses such as quartz glass and multi-component glasses, acrylic and styrene plastics such as methyl methacrylate, and transparent liquids such as tetrachloroethylene. Kind is used. In addition, as the cladding material, a glass material such as a soda lime-based or borosilicate glass-based material having a lower refractive index than the core material, vinyl chloride, an acrylic-based material in which the refractive index is reduced by adding allyl diglycol carbonate or fluorine. Plastics and the like are used.
【０００３】ここで、クラッド材の屈折率はコア材の屈
折率よりも小さくなるように構成されているが、それら
の屈折率の差の大小により光ファイバの受光角及びコア
材とクラッド材との境界面における光の全反射角が異な
ってくる。Here, the refractive index of the cladding material is configured to be smaller than the refractive index of the core material. However, the light receiving angle of the optical fiber and the difference between the core material and the cladding material depend on the difference between the refractive indices. The angle of total reflection of light at the boundary surface of the image becomes different.
【０００４】一般的にコア材とクラッド材の屈折率の差
を表す指標として比屈折率差が用いられており、次式で
表される。In general, a relative refractive index difference is used as an index indicating a difference in refractive index between a core material and a clad material, and is represented by the following equation.
【０００５】比屈折率差＝（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ここで、ｎ1 はコア材の屈折率、ｎ2 はクラッド材の屈
折率を示している。Specific refractive index difference = (n 1 −n 2 ) / n 1 where n 1 is the refractive index of the core material and n 2 is the refractive index of the cladding material.
【０００６】また、光ファイバの開口数及び受光角θ
（図１参照）は次式で表される。 開口数＝ｎ・ｓｉｎθ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2 ここで、ｎは光ファイバの外界の屈折率であり、通常は
空気でｎ＝１．０である。したがって、光ファイバの受
光角は、コア材とクラッド材との屈折率の差が大きいほ
ど、すなわち、比屈折率差が大きいほど大きくなる。つ
まり、光ファイバの集光効率を高めるためには、比屈折
率差を大きくする必要がある。このことは、コア材の屈
折率を高くし、クラッド材の屈折率を低くすることで達
成され得る。The numerical aperture of the optical fiber and the light receiving angle θ
(See FIG. 1) is represented by the following equation. NA = n · sinθ = (n 1 2 -n 2 2) 1/2 , where, n is the refractive index of the outside of the optical fiber, typically a n = 1.0 in air. Therefore, the light receiving angle of the optical fiber increases as the difference between the refractive indices of the core material and the cladding material increases, that is, as the relative refractive index difference increases. That is, in order to increase the light collection efficiency of the optical fiber, it is necessary to increase the relative refractive index difference. This can be achieved by increasing the refractive index of the core material and lowering the refractive index of the cladding material.
【０００７】ガラス光ファイバに用いられる純粋な石英
ガラスは光損失が小さく、耐熱性、耐薬品性に優れてい
ることから、コア材として多用されている。しかしなが
ら、石英ガラスの屈折率は１．４９と低く、これよりも
屈折率が低いクラッド材の選定が問題となる。クラッド
材にガラスを用いる場合には、純粋な石英ガラスよりも
屈折率を低下させるために、Ｂ2 Ｏ3 やフッ素等の屈折
率低下成分を添加する方法等がある。また、石英ガラス
に屈折率上昇用ドーパントを添加することにより、光損
失を低く維持した状態で屈折率を上昇させる方法もあ
る。このようなドーパントとしては、ＴｉＯ2 、Ｔａ2
Ｏ5 、ＳｎＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＺｒＯ2 、Ｙｂ2 Ｏ3 、
Ｌａ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 等が挙げられる。この場合に
は、クラッド材として純粋な石英ガラス、あるいはより
低屈折率のドープト石英ガラスが用いられる。また、ク
ラッド材としてプラスチックを用いる場合には、ポリシ
ロキサンやシリコンゴム等のケイ素樹脂や、フッ化エチ
レンプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂
等が挙げられる。これらの屈折率は低いもので１．２９
〜１．３３程度である。Pure silica glass used for glass optical fibers is frequently used as a core material because of its low light loss and excellent heat resistance and chemical resistance. However, the refractive index of quartz glass is as low as 1.49, and there is a problem in selecting a clad material having a lower refractive index. When glass is used for the cladding material, there is a method of adding a refractive index lowering component such as B 2 O 3 or fluorine in order to lower the refractive index more than pure silica glass. There is also a method of adding a dopant for raising the refractive index to quartz glass to raise the refractive index while maintaining a low optical loss. Such dopants include TiO 2 , Ta 2
O 5 , SnO 2 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Yb 2 O 3 ,
La 2 O 3 , Al 2 O 3 and the like can be mentioned. In this case, pure quartz glass or doped quartz glass having a lower refractive index is used as the cladding material. When a plastic is used as the cladding material, a silicon resin such as polysiloxane or silicon rubber, or a fluorine-containing resin such as ethylene propylene fluoride or vinylidene fluoride may be used. Their refractive indices are as low as 1.29
It is about 1.33.
【０００８】前述したように、コア材とクラッド材との
比屈折率差により光ファイバの受光角が変化する。例え
ば、ライトガイドにおいて、コア材としてフリント系の
Ｆ２ガラス（屈折率１．６２）、クラッド材としてソー
ダライム系ガラス（屈折率１．５２）を用いた場合に
は、開口数が０．５６、受光角θが３４度となる。ま
た、プラスチック光ファイバにおいても、コア材として
メタクリル樹脂（屈折率１．５８）、クラッド材として
フッ素樹脂（屈折率１．３９）を用いた場合には、開口
数が０．７５、受光角θが４８．７度となる。このよう
に、従来のコア材及びクラッド材を用いた場合には、受
光角は３０〜５０度程度であり、高効率で集光すること
が困難であった。As described above, the light receiving angle of the optical fiber changes due to the relative refractive index difference between the core material and the clad material. For example, in a light guide, when a flint-based F2 glass (refractive index 1.62) is used as a core material and a soda lime-based glass (refractive index 1.52) is used as a clad material, the numerical aperture is 0.56, The light receiving angle θ is 34 degrees. Also, in the case of a plastic optical fiber, when a methacrylic resin (refractive index 1.58) is used as the core material and a fluororesin (refractive index 1.39) is used as the cladding material, the numerical aperture is 0.75 and the light receiving angle θ Is 48.7 degrees. As described above, when the conventional core material and clad material are used, the light receiving angle is about 30 to 50 degrees, and it is difficult to collect light with high efficiency.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の事実に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、受光
角が大きく、集光効率の高い光ファイバを提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical fiber having a large light receiving angle and a high light-collecting efficiency.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光ファイバは、コア材と、このコア材の外面を覆う、コ
ア材より屈折率の低いクラッド材とにより形成される光
ファイバであって、前記コア材の略全てを覆うクラッド
材が、１．００８〜１．１８の屈折率を有する、シリカ
の多孔質骨格からなるシリカエアロゲルであることを特
徴とする。An optical fiber according to a first aspect of the present invention is an optical fiber formed by a core material and a clad material covering the outer surface of the core material and having a lower refractive index than the core material. The clad material covering substantially all of the core material is a silica airgel having a refractive index of 1.008 to 1.18 and having a porous skeleton of silica.
【００１１】本発明の請求項２に係る光ファイバは、請
求項１記載の光ファイバにおいて、前記シリカエアロゲ
ルが、アルコキシシランを加水分解重合させた後に、超
臨界乾燥して得られることを特徴とする。An optical fiber according to a second aspect of the present invention is the optical fiber according to the first aspect, wherein the silica airgel is obtained by subjecting alkoxysilane to hydrolysis polymerization and then supercritical drying. I do.
【００１２】本発明の請求項３に係る光ファイバは、請
求項１又は請求項２記載の光ファイバにおいて、前記シ
リカエアロゲルの外面が、被覆材によって被覆されてい
ることを特徴とする。An optical fiber according to a third aspect of the present invention is the optical fiber according to the first or second aspect, wherein an outer surface of the silica airgel is coated with a coating material.
【００１３】本発明の請求項４に係る光ファイバは、請
求項１乃至請求項３ずれか記載の光ファイバにおいて、
前記シリカエアロゲルが疎水化処理されていることを特
徴とする。An optical fiber according to a fourth aspect of the present invention is the optical fiber according to any one of the first to third aspects, wherein
The silica airgel has been subjected to a hydrophobic treatment.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
【００１５】本発明に係る光ファイバは、図１に示すよ
うに、コア材１と、このコア材１の外面を覆う、コア材
１より屈折率の低いクラッド材２とにより形成される。
前記コア材１として、例えば、石英系ガラス若しくは多
成分系ガラス等のガラス類、ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）等のアクリル系若しくはスチロール系等の
プラスチック類、又は、テトラクロルエチレン等の透明
な液体類等が用いられる。As shown in FIG. 1, the optical fiber according to the present invention is formed of a core material 1 and a clad material 2 covering the outer surface of the core material 1 and having a lower refractive index than the core material 1.
As the core material 1, for example, glass such as quartz glass or multi-component glass, acrylic or styrene-based plastic such as polymethyl methacrylate (PMMA), or transparent liquid such as tetrachloroethylene Are used.
【００１６】前記クラッド材２としては、１．００８〜
１．１８の屈折率を有する、シリカの多孔質骨格からな
るシリカエアロゲルである。このシリカエアロゲルのク
ラッド材２の屈折率は、シリカエアロゲルの原料配合比
によって１．００８〜１．１８まで変化させることがで
きるため、種々のコア材１に応じて比屈折率差を飛躍的
に大きくできるので、特に、コア材１として純粋な石英
ガラス（屈折率１．４９）を用いる場合には有効であ
る。この場合、シリカエアロゲルのクラッド材２の屈折
率が約１．１で受光角は最大の９０度となり、広い受光
角で集光することが可能となり、集光効率が向上する。
また、出射端における光の出射角も大きくすることがで
きる。The cladding material 2 is 1.008-
1. A silica airgel having a refractive index of 1.18 and comprising a porous skeleton of silica. Since the refractive index of the silica airgel cladding material 2 can be changed from 1.008 to 1.18 by the raw material mixing ratio of the silica airgel, the relative refractive index difference is drastically changed according to various core materials 1. This is particularly effective when pure quartz glass (refractive index: 1.49) is used as the core material 1. In this case, the refraction index of the silica airgel cladding material 2 is about 1.1, and the light receiving angle is 90 degrees, which is the maximum, so that light can be collected at a wide light receiving angle, and the light collecting efficiency is improved.
Further, the light emission angle at the light emission end can be increased.
【００１７】このシリカエアロゲルとは、ＵＳＰ４４０
２９２７号、同４４３２９５６号、同４６１０８６３号
に述べられているように、アルコキシシラン（シリコン
アルコキシド、アルキルシリケートとも称される）の加
水分解、重合反応によって得られたシリカ骨格からなる
湿潤状態のゲル状化合物を、アルコールあるいは二酸化
炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒の臨界点
以上の超臨界状態で乾燥することによって製造できる。
また、ＵＳＰ５１３７２９７号、同５１２４３６４号の
ように、ケイ酸ナトリウムを原料として同様に製造する
ことができる。ここで、特開平５−２７９０１１号公
報、特開平７−１３８３７５号公報に開示されているよ
うに、アルコキシシランの加水分解、重合反応によって
得られたゲル状化合物を疎水化処理することによりシリ
カエアロゲルに疎水性を付与することが好ましい。すな
わち、疎水性を付与した疎水性シリカエアロゲルは、湿
気や水等が侵入し難く、屈折率や光透過性等の性能が劣
化し難い。This silica airgel is USP440
As described in Nos. 2927, 4432956, and 4610863, a gel in a wet state comprising a silica skeleton obtained by hydrolysis and polymerization of alkoxysilane (also referred to as silicon alkoxide or alkyl silicate). The compound can be produced by drying in a supercritical state above the critical point of the solvent in the presence of a solvent (dispersion medium) such as alcohol or carbon dioxide.
Further, as in US Pat. Nos. 5,137,297 and 5,124,364, sodium silicate can be used as a raw material in the same manner. Here, as disclosed in JP-A-5-279011 and JP-A-7-138375, silica aerogel is obtained by hydrophobizing a gel-like compound obtained by hydrolysis and polymerization of alkoxysilane. It is preferable to impart hydrophobicity to the polymer. That is, the hydrophobic silica airgel imparted with hydrophobicity is hardly permeated by moisture, water and the like, and is hardly deteriorated in performance such as refractive index and light transmittance.
【００１８】次に、本発明に係る光ファイバの形状につ
いて説明する。図２（ａ）に示すように、クラッド材２
がコア材１の略全てを覆う。図２（ｂ）に示すように、
前記シリカエアロゲルのクラッド材２の機能を保持する
ため、シリカエアロゲルの外面が、被覆材３によって被
覆されていることが好ましい。この被覆材３としては、
例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリ塩化ビ
ニル若しくはポリオレフィンエラストマー等の樹脂又は
ステンレス等の金属類等が挙げられる。なお、これらの
被覆材３がアルコールや疎水化処理剤を透過させること
ができるような膜状のものであれば、クラッド材２を被
覆材３と一体化した状態で疎水化処理及び超臨界乾燥が
できるため、生産性の面から好ましい。Next, the shape of the optical fiber according to the present invention will be described. As shown in FIG.
Covers substantially all of the core material 1. As shown in FIG.
In order to maintain the function of the silica airgel clad material 2, it is preferable that the outer surface of the silica airgel is coated with the coating material 3. As the coating material 3,
For example, a resin such as polyethylene, cross-linked polyethylene, polyvinyl chloride or polyolefin elastomer, or a metal such as stainless steel may be used. If the coating material 3 has a film shape that allows alcohol or a hydrophobizing agent to pass through, the cladding material 2 is integrated with the coating material 3 in a hydrophobizing treatment and supercritical drying. This is preferable from the viewpoint of productivity.
【００１９】また、単線のコア材１に対するものだけで
なく、図３（ａ）に示すように、このコア材１を複数本
束ねて使用することもできる。例えば、予め必要とする
コア材１の本数だけ穴があいたクラッド材２を用いれば
よい。また、図３（ｂ）に示すように、前記シリカエア
ロゲルのクラッド材２の機能を保持するため、シリカエ
アロゲルの外面が、被覆材３によって被覆されているこ
とが好ましい。In addition to the single core material 1, as shown in FIG. 3A, a plurality of core materials 1 can be bundled and used. For example, a clad material 2 having holes in the required number of core materials 1 may be used. Further, as shown in FIG. 3B, it is preferable that the outer surface of the silica airgel is covered with a coating material 3 in order to maintain the function of the clad material 2 of the silica airgel.
【００２０】前記シリカエアロゲルのクラッド材２は、
コア材１、１同志、あるいは、コア材１と被覆材３とが
接することがないような厚みを有したものである。な
お、複数のコア材１・・１を束ねて用いる場合には、コ
ア材１・・１同志は接していてもかまわない。The cladding material 2 of the silica airgel is
The core materials 1 and 1 have a thickness such that the core material 1 and the coating material 3 do not come into contact with each other. When a plurality of core materials 1 are used in a bundle, the core materials 1 may be in contact with each other.
【００２１】本発明に係る光ファイバは、図４に示すよ
うに、光ファイバ４の端面４ａにおける受光角θを容易
に９０度とすることが可能であり、優れた集光効率を有
している。光ファイバ４の端面４ａに光を全方向（３６
０度）から照射した場合の集光効率は受光角θを用いて
次式で表せる。As shown in FIG. 4, the optical fiber according to the present invention can easily set the light receiving angle θ at the end face 4a of the optical fiber 4 to 90 degrees, and has excellent light-collecting efficiency. I have. Light is applied to the end face 4a of the optical fiber 4 in all directions (36
0 °) can be expressed by the following equation using the light receiving angle θ.
【００２２】 集光効率（％）＝１００（１−ＣＯＳθ）／２ 受光角θが９０度の場合には光ファイバ４の端面４ａよ
り上部の光は全て集光でき、集光効率は５０％となる。
なお、種々の受光角θにおける集光効率を表１に示す。Light collection efficiency (%) = 100 (1−COS θ) / 2 When the light receiving angle θ is 90 degrees, all light above the end face 4 a of the optical fiber 4 can be collected, and the light collection efficiency is 50%. Becomes
Table 1 shows the light collection efficiency at various light receiving angles θ.
【００２３】[0023]
【表１】 [Table 1]
【００２４】ここで、太陽光等の集光については、例え
ば、図４に示すような形状の魚眼レンズ等の集光レンズ
５、あるいは図５に示すような放物鏡６等を用いること
によって、より効率よく集光できる。Here, for condensing sunlight and the like, for example, a condensing lens 5 such as a fish-eye lens having a shape as shown in FIG. 4 or a parabolic mirror 6 as shown in FIG. Light can be collected efficiently.
【００２５】放物鏡６を用いる場合は、図６に示すよう
に、例えば、 ｙ＝（１／２）・ｘ2 で表される曲線６ａをｙ軸のまわりに回転させた放物鏡
６を用いた場合、太陽の視直径を３２’として、放物鏡
に入る光の焦点（面）の半径は、 焦点（面）半径＝(1/2) ・（ユニット半径）・（π/18
0) ・(16 ’/ 60’) で表される。すなわち、放物鏡６のユニット半径を例え
ば、１０ｃｍとした場合、焦点（面）半径は０．２３ｍ
ｍとなる。すなわち、直径２０ｃｍの放物鏡内に降り注
ぐ太陽光を、直径０．４６ｍｍのコア材１を有する光フ
ァイバ４で全てトラップすることができる。[0025] When using a parabolic mirror 6, use as shown in FIG. 6, for example, y = a (1/2) parabolic mirror 6 which curves 6a is rotated about the y-axis, represented by x 2 If the viewing diameter of the sun is 32 ', the radius of the focal point (plane) of light entering the parabolic mirror is: focal point (plane) radius = (1/2) · (unit radius) · (π / 18
0) ・ It is expressed by (16 '/ 60'). That is, when the unit radius of the parabolic mirror 6 is, for example, 10 cm, the focal (plane) radius is 0.23 m.
m. That is, all sunlight falling into a parabolic mirror having a diameter of 20 cm can be trapped by the optical fiber 4 having the core material 1 having a diameter of 0.46 mm.
【００２６】図５（ａ）に示すように、放物鏡６と集め
られた光を光ファイバ４内に入射させるための平面鏡７
とを用いることによって、より効率よく集光できる。一
般的に、放物鏡６及び平面鏡７によって光が反射する
際、光の一部が熱に変換され、集光効率が低下する。こ
れを防ぐためには、例えば、放物鏡６及び平面鏡７にア
ルミ蒸着等の表面処理を施す等して光の反射率を高めた
ものを用いることが好ましい。このアルミ蒸着板の反射
率は９０〜９２％程度である。なお、図５（ｂ）に示す
ように、集光した光を出射する場合にも同様に放物鏡６
を用いることにより、広角度で出射できる。この場合、
平板鏡７が放物鏡６の焦点の位置にあれば平行な光束を
得ることができ、焦点よりも光ファイバ４に近い位置に
あれば広がっていく光束を得ることができる。As shown in FIG. 5A, a parabolic mirror 6 and a plane mirror 7 for causing the collected light to enter the optical fiber 4.
By using the above, light can be collected more efficiently. Generally, when light is reflected by the parabolic mirror 6 and the plane mirror 7, a part of the light is converted into heat, and the light collection efficiency is reduced. In order to prevent this, for example, it is preferable to use a parabolic mirror 6 and a plane mirror 7 which have been subjected to a surface treatment such as aluminum vapor deposition to increase the light reflectance. The reflectance of this aluminum vapor deposition plate is about 90 to 92%. Note that, as shown in FIG. 5B, the parabolic mirror 6 is similarly used when emitting condensed light.
By using the above, it is possible to emit light at a wide angle. in this case,
If the flat mirror 7 is at the position of the focal point of the parabolic mirror 6, a parallel light beam can be obtained, and if it is closer to the optical fiber 4 than the focal point, a spreading light beam can be obtained.
【００２７】しかも、前述したように、本発明に係る光
ファイバに用いるシリカエアロゲルはシリカの多孔質骨
格から形成されているので、優れた耐熱性を有してお
り、このため、集光レンズ５や放物鏡６により高密度化
された光エネルギーによってコア材１及びクラッド材２
自身が高温になった場合であっても劣化することがな
い。さらにシリカエアロゲルの極めて低い熱伝導率によ
り、光ファイバ４の外部に熱が伝達されにくいため、被
覆材３への熱的な損傷を低減できる。Moreover, as described above, the silica airgel used for the optical fiber according to the present invention is formed of a porous skeleton of silica, and therefore has excellent heat resistance. Material 1 and clad material 2 by the light energy densified by the
Even if the temperature of the device itself becomes high, it does not deteriorate. Furthermore, since the heat is hardly transmitted to the outside of the optical fiber 4 due to the extremely low thermal conductivity of the silica airgel, thermal damage to the coating material 3 can be reduced.
【００２８】本発明に係る光ファイバはクラッド材とし
て、非常に微細なシリカ粒子からなるシリカエアロゲル
を使用している。その粒子径及び粒子間空隙は光の波長
よりもはるかに小さいために、多孔体であるにもかかわ
らず透光性を有し、かつ空気に近い屈折率を有する。こ
のエアロゲルの屈折率は原料配合比により適宜変化させ
ることができるため、種々の屈折率を有するコア材に対
して適用可能であり、その受光角及び出射角を増大させ
ることが可能となる。その結果、高い集光効率を実現で
きる。さらに、疎水化処理を施しているため、エアロゲ
ルの収縮がなく、さらに水分吸着による性能劣化が起こ
り難い。The optical fiber according to the present invention uses silica airgel composed of very fine silica particles as a cladding material. Since the particle diameter and the interparticle gap are much smaller than the wavelength of light, the particles have a light-transmitting property despite being a porous body and have a refractive index close to that of air. Since the refractive index of the airgel can be appropriately changed depending on the mixing ratio of the raw materials, the aerogel can be applied to core materials having various refractive indexes, and the light receiving angle and the emission angle can be increased. As a result, high light collection efficiency can be realized. Furthermore, since the hydrophobizing treatment is performed, the airgel does not shrink, and the performance is not easily deteriorated due to moisture adsorption.
【００２９】以上により、本発明に係る光ファイバは、
クラッド材としてシリカエアロゲルを用いており、その
屈折率は空気に近い値を有している。しかも、原料配合
比により屈折率を適宜変化させることができるため、多
くのコア材に対して適用できるので、その受光角及び出
射角を増大させることが可能となる。特に、紫外線伝送
や太陽光の伝送、内視鏡等におけるライトガイド等にお
いて、光損失の少ない石英ガラスをコア材として用いる
ことが多いが、このような屈折率が低いコア材を使用す
る場合であっても、比屈折率を大きくすることができる
ため、高い集光効率及び光伝送効率を実現することがで
きる。また、１本又は複数本の光ファイバで光ファイバ
出射端の半球面全体をほぼ一様に照明することが可能と
なる。As described above, the optical fiber according to the present invention comprises:
Silica airgel is used as the cladding material, and its refractive index has a value close to that of air. In addition, since the refractive index can be appropriately changed depending on the mixing ratio of the raw materials, it can be applied to many core materials, so that the light receiving angle and the emission angle can be increased. Particularly, in the transmission of ultraviolet light, the transmission of sunlight, the light guide in an endoscope, and the like, a quartz glass having a small light loss is often used as a core material, but when such a core material having a low refractive index is used. Even so, since the relative refractive index can be increased, high light-collecting efficiency and light transmission efficiency can be realized. Further, the entire hemispherical surface of the light emitting end of the optical fiber can be almost uniformly illuminated by one or a plurality of optical fibers.
【００３０】[0030]
【実施例】以下本発明を実施例により、具体的に説明す
る。The present invention will be specifically described below with reference to examples.
【００３１】（実施例１）図２（ａ）に示す光ファイバ
を作製した。コア材１として、直径２．０ｍｍの石英ガ
ラスを用いた。このコア材１の外面に、疎水化処理を施
した、厚み２．０ｍｍのシリカエアロゲルからなるクラ
ッド材２を層状に覆った。なお、コア材１の屈折率は、
１．４９、クラッド材２の屈折率は、１．０３であっ
た。Example 1 An optical fiber shown in FIG. 2A was manufactured. As the core material 1, quartz glass having a diameter of 2.0 mm was used. The outer surface of the core material 1 was covered with a cladding material 2 made of a silica airgel having a thickness of 2.0 mm and subjected to a hydrophobic treatment. The refractive index of the core material 1 is
1.49, the refractive index of the cladding material 2 was 1.03.
【００３２】この光ファイバの一端にＨｅ−Ｎｅレーザ
（波長５４３．５ｎｍ）を照射し、受光角を測定した。
その結果を表２に示した。One end of the optical fiber was irradiated with a He-Ne laser (wavelength: 543.5 nm), and the light receiving angle was measured.
The results are shown in Table 2.
【００３３】（実施例２）実施例１において、クラッド
材２として、屈折率が１．１８のシリカエアロゲルを用
いた以外は、実施例１と同様にして、光ファイバを作製
し、受光角を測定した。その結果を表２に示した。(Example 2) An optical fiber was manufactured in the same manner as in Example 1 except that silica aerogel having a refractive index of 1.18 was used as the cladding material 2, and the light receiving angle was adjusted. It was measured. The results are shown in Table 2.
【００３４】（実施例３）図２（ｂ）に示すように、実
施例１において、クラッド材２の周囲を黒色のポリエチ
レンの被覆材３で被覆した以外は、実施例１と同様にし
て、光ファイバを作製し、受光角を測定した。その結果
を表２に示した。Example 3 As shown in FIG. 2 (b), in the same manner as in Example 1, except that the surroundings of the cladding material 2 were covered with a coating material 3 of black polyethylene. An optical fiber was manufactured, and the light receiving angle was measured. The results are shown in Table 2.
【００３５】（比較例１）実施例１において、クラッド
材２として、屈折率が１．３９のフッ素樹脂を用いた以
外は、実施例１と同様にして、光ファイバを作製し、受
光角を測定した。その結果を表２に示した。(Comparative Example 1) An optical fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that a fluororesin having a refractive index of 1.39 was used as the cladding material 2, and the light receiving angle was reduced. It was measured. The results are shown in Table 2.
【００３６】[0036]
【表２】 [Table 2]
【００３７】表２の結果、実施例１〜実施例３は、比較
例１に比べて、受光角が大きくなり、高効率で集光可能
であることが確認できた。As a result of Table 2, it was confirmed that the light receiving angles of Examples 1 to 3 were larger than those of Comparative Example 1, and that the light was condensed with high efficiency.
【００３８】[0038]
【発明の効果】本発明の請求項１又は請求項２に係る光
ファイバは、コア材と、このコア材の外面を覆う、コア
材より屈折率の低いクラッド材とにより形成される光フ
ァイバであって、前記コア材の略全てを覆うクラッド材
が、１．００８〜１．１８の屈折率を有する、シリカの
多孔質骨格からなるシリカエアロゲルであるので、広い
受光角で集光することが可能となり、集光効率が向上す
る。The optical fiber according to claim 1 or 2 of the present invention is an optical fiber formed by a core material and a clad material covering the outer surface of the core material and having a lower refractive index than the core material. Since the clad material covering substantially all of the core material is a silica airgel having a refractive index of 1.008 to 1.18 and having a porous skeleton of silica, it is possible to collect light at a wide light receiving angle. It becomes possible, and the light collection efficiency is improved.
【００３９】さらに、本発明の請求項３に係る光ファイ
バは、上記効果に加えて、シリカエアロゲルの外面が、
被覆材によって被覆されているので、シリカエアロゲル
のクラッド材２の機能をを十分に保持することができ
る。Further, in the optical fiber according to claim 3 of the present invention, in addition to the above effects, the outer surface of the silica airgel is
Since it is covered with the covering material, the function of the clad material 2 of silica airgel can be sufficiently maintained.
【００４０】さらに、本発明の請求項４に係る光ファイ
バは、上記効果に加えて、シリカエアロゲルが疎水化処
理されているので、湿気や水等が侵入し難く、屈折率や
光透過性等の性能が劣化し難い。Further, in the optical fiber according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above-mentioned effects, since silica airgel is subjected to a hydrophobic treatment, moisture and water are hardly penetrated, and the refractive index, light transmittance, etc. Hardly deteriorates.
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバの概略説
明断面図である。FIG. 1 is a schematic explanatory sectional view of an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に係る光ファイバの概略説
明断面図であり、（ａ）は被覆材がない場合、（ｂ）は
被覆材がある場合である。FIGS. 2A and 2B are schematic explanatory cross-sectional views of an optical fiber according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A shows a case where there is no coating material, and FIG.
【図３】本発明の他の実施の形態に係る光ファイバの概
略説明横断面図であり、（ａ）は被覆材がない場合、
（ｂ）は被覆材がある場合である。FIG. 3 is a schematic explanatory cross-sectional view of an optical fiber according to another embodiment of the present invention.
(B) is a case where there is a coating material.
【図４】本発明の光ファイバと集光レンズとの概略説明
断面図である。FIG. 4 is a schematic explanatory sectional view of an optical fiber and a condenser lens of the present invention.
【図５】本発明の光ファイバと放物鏡との概略説明断面
図である。FIG. 5 is a schematic explanatory sectional view of an optical fiber and a parabolic mirror of the present invention.
【図６】本発明の光ファイバの集光に用いる放物鏡の概
略説明図である。FIG. 6 is a schematic explanatory view of a parabolic mirror used for condensing an optical fiber according to the present invention.
１ コア材 ２ クラッド材 ３ 被覆材 ４ 光ファイバ ４ａ 端面 ５ 集光レンズ ６ 放物鏡 ７ 平面鏡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core material 2 Clad material 3 Coating material 4 Optical fiber 4a End face 5 Condensing lens 6 Parabolic mirror 7 Plane mirror
Claims (4)
ア材より屈折率の低いクラッド材とにより形成される光
ファイバであって、前記コア材の略全てを覆うクラッド
材が、１．００８〜１．１８の屈折率を有する、シリカ
の多孔質骨格からなるシリカエアロゲルであることを特
徴とする光ファイバ。1. An optical fiber comprising a core material and a clad material covering the outer surface of the core material and having a lower refractive index than the core material, wherein the clad material covering substantially all of the core material is 1 An optical fiber comprising silica airgel having a refractive index of 0.008 to 1.18 and comprising a porous skeleton of silica.
ランを加水分解重合させた後に、超臨界乾燥して得られ
ることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。2. The optical fiber according to claim 1, wherein said silica airgel is obtained by subjecting an alkoxysilane to hydrolysis polymerization and then supercritical drying.
面が、被覆材によって被覆されていることを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の光ファイバ。3. The optical fiber according to claim 1, wherein an outer surface of the silica airgel that covers the core material is coated with a coating material.
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか
記載の光ファイバ。4. The optical fiber according to claim 1, wherein the silica airgel has been subjected to a hydrophobic treatment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001273A JPH11314940A (en) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | Optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001273A JPH11314940A (en) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | Optical fiber |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7323061A Division JP2998619B2 (en) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | Optical fiber |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11314940A true JPH11314940A (en) | 1999-11-16 |
Family
ID=11496866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11001273A Pending JPH11314940A (en) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | Optical fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11314940A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007052298A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Totoku Electric Co Ltd | Silica coat fiber contained in protective tube |
| WO2007105392A1 (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-20 | Konica Minolta Opto, Inc. | Recording head and recording device |
| JP2009525189A (en) * | 2006-02-03 | 2009-07-09 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | A cutting method using a laser having at least one ytterbium-based fiber, wherein at least the power of the laser source, the focused beam diameter and the Q value of the beam are controlled |
| WO2015016730A2 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Active Aerogels, Unipessoal, Lda. | Method for production of flexible panels of hydrophobic aerogel reinforced with fibre felts |
-
1999
- 1999-01-06 JP JP11001273A patent/JPH11314940A/en active Pending
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