JP2005043673A

JP2005043673A - 光ファイバおよび光伝送媒体

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Publication number: JP2005043673A
Application number: JP2003277806A
Authority: JP
Inventors: Hideyori Sasaoka; 英資笹岡; Shinji Ishikawa; 真二石川; Kazuhiro Okamoto; 和弘岡本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】伝送損失が小さい光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１０は、断面が円形状であって、固体からなる主媒質１１中に光軸に沿って延びる複数の空孔１２，１３を有している。光ファイバ１０の断面において、空孔１２は中心位置にあり、その他の多数の空孔１３は空孔１２を取り囲んで周期的に配置されている。また、各空孔１２，１３の内部は、気体で充填されているか、又は、真空とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を導波し得る光ファイバに関するものである。

一般に光通信システムにおいては、伝送される信号光の波長が赤外域（例えば波長１.５５μｍ帯）にあることから、光伝送路として用いられる光ファイバは赤外域で最適化された特性を有するものとなっている。一方、フォトリソグラフィ、レーザ加工、殺菌および消毒などの分野においては、紫外光が用いられることから、その紫外光を伝送するための光伝送媒体として好適な光ファイバが求められている。

特許文献１や非特許文献１には、紫外光伝送用の光ファイバについて記載されている。これらの文献には、紫外域において光ファイバの伝送損失が大きい（つまり、透過率が小さい）こと、導波光の波長が短いほど伝送損失の増大が顕著であること、および、紫外光の照射に因り伝送損失が増大すること、が記載されている。

また、紫外域における伝送損失を低減するとともに、紫外光照射に因る損失増加を抑制する為の方法として、特許文献１には、エキシマレーザ光またはガンマ線を光ファイバに照射することが記載されており、非特許文献１には、光ファイバ製造工程を最適化することが記載されている。
特開２０００−１０３６２９号公報船橋徹至、他、「耐紫外線用耐熱光ファイバの開発」、三菱電線工業時報、第９９号、第１０頁〜第１３頁、２００２年７月

しかしながら、一般にガラス材料からなる中実の光ファイバは、紫外域のうちでもＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）やＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の短波長側においては、限定的な条件下でしか実用的な伝送損失を実現することができなかった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、伝送損失が小さい光ファイバを提供することを目的とする。

本発明に係る光ファイバは、固体からなる主媒質中に光軸に沿って延びる複数の空孔を有し、複数の空孔の内部が気体で充填されているか又は真空とされており、波長帯域１ｍｍ〜１ｎｍに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さいことを特徴とする。このように構成される光ファイバは、上記所定波長の周辺において伝送損失が小さいものとなり、光を低損失で導波させることができる。ここで、上記所定波長は、光ファイバが実用に供される波長であり、２.５μｍ以下であるのが好適であり、２５０ｎｍ以下であれば更に好適であり、２００ｎｍ以下であれば最も好適である。また、上記所定波長は１５０ｎｍ以上であるのが好適である。

本発明に係る光ファイバは、上記所定波長において導波光の全光パワーの５０％以上の光が複数の空孔の内部に存在するのが好適であり、この場合には、上記所定波長の周辺において特に伝送損失が小さくなり、光を更に低損失で導波させることができる。

本発明に係る光ファイバは、複数の空孔の内部に充填される気体がＡｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ，ＨｅおよびＮ₂のうちの何れかであるのが好適であり、この場合には、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。

本発明に係る光ファイバは、主媒質が石英系ガラスまたはフッ化物ガラスであるのが好適であり、この場合には、融着接続等の加工性を維持することができ、また、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。

本発明に係る光伝送媒体は、上記の本発明に係る光ファイバが複数本束ねられたものである。この光伝送媒体は、光を低損失で導波させることができ、また、柔軟性および大口径を有することができる。

本発明に係る光伝送媒体は、光ファイバの外径が１０μｍ以上１０００μｍ以下であるのが好適であり、また、光ファイバの外径が２０μｍ以上５００μｍ以下であるのが更に好適である。この場合には、光ファイバを束ねて光伝送媒体を製造する際の作業が容易となる。

伝送損失が小さい光ファイバを提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光ファイバ１０の断面図である。この図は、光ファイバ１０の光軸に垂直な断面を示している。この図に示されるように、光ファイバ１０は、断面が円形状であって、固体からなる主媒質１１中に光軸に沿って延びる複数の空孔１２，１３を有している。光ファイバ１０の断面において、空孔１２は中心位置にあり、その他の多数の空孔１３は空孔１２を取り囲んで周期的に配置されている。また、各空孔１２，１３の内部は、気体で充填されているか、又は、真空とされている。

そして、この光ファイバ１０は、波長帯域１ｍｍ〜１ｎｍに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さい。また、上記所定波長は、２.５μｍ以下であるのが好適であり、２５０ｎｍ以下であれば更に好適であり、２００ｎｍ以下であれば最も好適である。また、上記所定波長は１５０ｎｍ以上であるのが好適である。このように構成される光ファイバ１０は、上記所定波長の周辺において伝送損失が小さいものとなり、光を低損失で導波させることができる。

これら空孔１２，１３それぞれの直径および配置の周期を適切に設定することにより、フォトニックバンドギャップが形成されて、特定の波長の光が光ファイバ１０の中心近傍に閉じ込められて、その光は光ファイバ１０を導波することができる。また、このような空孔構造が適切に設定されることにより、所定波長において導波光の全光パワーの５０％以上の光は空孔１２，１３の内部に存在し得る。この場合には、上記所定波長の周辺において特に伝送損失が小さくなり、光を更に低損失で導波させることができる。例えば、波長１５７ｎｍのＦ₂レーザ光を導波させた場合に、その光の全パワーの９０％以上の光は、光ファイバ１０の中心位置にある空孔１２に閉じ込められ得る。

主媒質１１が石英系ガラスまたはフッ化物ガラスであるのが好適であり、この場合には、融着接続等の加工性を維持することができ、また、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。一般的な光ファイバの材料である石英ガラスの波長１５７ｎｍでの損失は、純石英ガラスの場合に４００ｄＢ／ｍ程度の極めて大きい値である。これに対して、本実施形態に係る光ファイバ１０では、主媒質１１を伝わる光の全光パワーの１０％以下とすることも可能であるから、伝送損失が大幅に低減され得る。また、空孔１２，１３の内部に充填される気体がＡｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ，ＨｅおよびＮ₂のうちの何れかであるのが好適であり、この場合には、紫外域における伝送損失の低減を実現する上で好都合である。

なお、主媒質１１がフッ素添加石英ガラスであれば、ガラス固有の損失が低減される。例えば、フッ素が１ｗｔ％添加された石英ガラスの場合、波長１５７ｎｍでのガラス固有の損失は１０〜２０ｄＢ／ｍ程度まで低減される。この値は、１ｍ程度の導波を行なう光ファイバの損失としては十分小さいとは言えないが、紫外光照射に因るガラス材料の経時劣化を低減する点では有効である。

一例として、波長１５７ｎｍにおいて、主媒質１１の石英ガラス固有の損失を２０ｄＢ／ｍとし、空孔１２，１３に封入された気体の損失を０.２ｄＢ／ｍとし、空孔１２，１３の構造配置が不完全であることに起因する損失を０.１ｄＢ／ｍとすると、光ファイバ１０の伝送損失は２.２８ｄＢ／ｍとなる。この値は、石英ガラス固有の損失より小さく、１ｍ程度の導波を行なう光ファイバの損失としても現実的な値であると言える。

図２は、本実施形態に係る光ファイバ１０の製造方法を説明する工程図である。同図（ａ）〜（ｅ）は、光ファイバ１０の光軸を含む断面を示している。初めに、以上までに説明したような構造を有する光ファイバ１０Ａを用意する（同図（ａ））。ただし、この光ファイバ１０Ａの両端は封止されておらず、空孔１２，１３の内部には空気が存在する。光ファイバ１０Ａの一端または途中の或る位置を加熱溶融し、空孔１２，１３を潰して封止し、これを光ファイバ１０Ｂとする（同図（ｂ））。

この光ファイバ１０Ｂの他端に設けた真空ポンプにより空孔１２，１３の内部を排気し、或いは、この光ファイバ１０Ｂの他端に設けた気体注入器により空孔１２，１３の内部に所望の気体を注入する（同図（ｃ））。空孔１２，１３の内部を排気または気体注入した状態で、光ファイバ１０Ｂの途中の或る位置を加熱溶融し、空孔１２，１３を潰して封止し、これを光ファイバ１０Ｃとする（同図（ｄ））。そして、光ファイバ１０Ｃを封止位置で切断することで、両端が封止された光ファイバ１０が得られる（同図（ｅ））。

光ファイバ１０Ｂ，１０Ｃを加熱する加熱源として、ヒータやバーナ等が用いられる。また、封止方法としては、加熱溶融の他に、光ファイバ１０の端部をシール材で塞ぐことでもよい。このシール材としては、空孔を有しない通常の光ファイバを用いて、この通常の光ファイバを本実施形態に係る光ファイバ１０の端面に融着接続してもよい。

特に、図３に示されるように、シール材としての光ファイバ２０が分布屈折率型のものであるのが好適である。図３は、本実施形態に係る光ファイバ１０とシール材としての光ファイバ２０との接続状態を示す図である。同図（ａ）は、光ファイバ１０の光軸を含む断面を示す。同図（ｂ）は、シール材としての光ファイバ２０の屈折率プロファイルを示す。この場合には、この光ファイバ２０は、シール材として機能するだけでなく、レンズとしても機能することができて、光源や受光素子などの光部品と光ファイバ１０との間の光結合を高めることができる。

また、空孔１２，１３の内部を真空化する方法として、石英ガラス中に拡散し易いＨ₂やＨｅ等の気体を光ファイバ１０の空孔１２，１３の内部に封入して、一定時間以上この光ファイバ１０を放置することとしてもよい。この場合には、放置している間に、空孔１２，１３の内部にあったＨ₂やＨｅ等の気体が、石英ガラスの主媒質１１中に拡散し、或いは、主媒質１１を経て外界で拡散するので、これにより、空孔１２，１３の内部が真空化される。

図４は、本実施形態に係る光伝送媒体１の断面図である。この図は、光伝送媒体１の光軸に垂直な断面を示している。この図に示されるように、光伝送媒体１は、全体の断面が円形状であって、中空のシース材３０の内部に複数の光ファイバ１０が束ねられて挿入されている。また、シース材３０と光ファイバ１０との間の空隙には樹脂等が充填される。

このように多数の光ファイバ１０が束ねられて構成される光伝送媒体１は、光を低損失で導波させることができるだけでなく、同等の断面積を有する１本の光ファイバと比較すると柔軟性を有することが可能であり、柔軟性および大口径を兼ね備えることができる。

柔軟性の観点から言えば、各々の光ファイバ１０が細いことが望ましいが、多数の光ファイバ１０を束ねる際の作業性等の観点からは、各々の光ファイバ１０の外径は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であるのが好適であり、２０μｍ以上５００μｍ以下であるのが更に好適である。

本実施形態に係る光ファイバ１０の断面図である。本実施形態に係る光ファイバ１０の製造方法を説明する工程図である。本実施形態に係る光ファイバ１０とシール材としての光ファイバ２０との接続状態を示す図である。本実施形態に係る光伝送媒体１の断面図である。

符号の説明

１…光伝送媒体、１０…光ファイバ、１１…主媒質、１２，１３…空孔。

Claims

固体からなる主媒質中に光軸に沿って延びる複数の空孔を有し、
前記複数の空孔の内部が気体で充填されているか又は真空とされており、
波長帯域１ｍｍ〜１ｎｍに含まれる何れかの所定波長において、光導波路としての単位長さ当たりの伝送損失が、前記主媒質の固有の単位長さ当たりの損失より小さい、
ことを特徴とする光ファイバ。
前記所定波長が２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記所定波長が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記所定波長が１５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記所定波長において導波光の全光パワーの５０％以上の光が前記複数の空孔の内部に存在することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記複数の空孔の内部に充填される気体がＡｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ，ＨｅおよびＮ₂のうちの何れかであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記主媒質が石英系ガラスまたはフッ化物ガラスであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバが複数本束ねられた光伝送媒体。
前記光ファイバの外径が１０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の光伝送媒体。
前記光ファイバの外径が２０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の光伝送媒体。