光ファイバケーブル、光伝送方法、及び分光分析システム
【課題】光ファイバから漏れた紫外光による不所望なガスの発生を抑制し、これにより、光学系の汚損を低減させるための技術を提供する。
【解決手段】本発明による光ファイバケーブル１０は、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ１の束と、複数の光ファイバ１の端が挿入されている挿入孔４、７を有するキャピラリ２、３とを具備する。キャピラリ２、３は金属で形成されている。キャピラリ２、３の挿入孔４、７には、その内側方向に突出する突出部６、９が形成されている。この突出部６、９は、複数の光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状を挿入孔４、７に与えるように形成されている。
【解決手段】本発明による光ファイバケーブル１０は、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ１の束と、複数の光ファイバ１の端が挿入されている挿入孔４、７を有するキャピラリ２、３とを具備する。キャピラリ２、３は金属で形成されている。キャピラリ２、３の挿入孔４、７には、その内側方向に突出する突出部６、９が形成されている。この突出部６、９は、複数の光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状を挿入孔４、７に与えるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブル、光伝送方法、及び分光分析システムに関しており、特に、紫外光を伝送するために使用される光ファイバケーブル及び光伝送方法、並びに、それらを用いる分光分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、紫外光を伝送するための光ファイバの開発が広く進められている。例えば、特開平５−１４７９６６号公報（特許文献１）は、水酸基（ＯＨ基）の含有量が１０〜１０００ｐｐｍ、フッ素の含有量が５０〜５０００ｐｐｍであり、且つ、実質的に塩素を含有しない石英ガラスのコアを使用することにより、紫外領域の損失を低減する技術を開示している。特開２０００−１０３６２９号公報（特許文献２）は、フッ素を１重量％程度含む石英ガラスのコアをコアに水素分子が１×１０１６／ｃｍ３以上存在するようにする工程の後、該コアにエキシマレーザー光又はγ線を照射することによって製造した光ファイバが紫外領域の損失が小さいことを開示している。特開平９−３０９７４２号公報（特許文献３）は、水素分子の濃度が１×１０１６／ｃｍ３以上であり、且つ、微量のフッ素を含む石英ガラスのコアと、フッ素及び／又はホウ素を含むクラッドと、クラッドを被覆する水素拡散防止層を備えた光ファイバを開示している。特開平１−１２６６０２号公報（特許文献４）は、コアが石英ガラスで形成され、クラッドが主鎖に環構造を有する含フッ素ポリマーで形成された光ファイバを開示している。
【０００３】
このような光ファイバを光学系に使用するためには、光ファイバを所望の位置に位置決めして実装する必要がある。光ファイバの位置決めを行う最も一般的な方法は、光ファイバの先端部をキャピラリに挿入し、そのキャピラリをフランジやガイドパイプによって支持する方法である。
【０００４】
図１Ａは、光ファイバを位置決めする構造の一例を示している。図１Ａの構造では、光ファイバ１０１の先端部がキャピラリ１０２に挿入されている。光ファイバ１０１とキャピラリ１０２との接合は、一般的に、それらの間に接着剤を充填することによって行われる。キャピラリ１０２は、フランジ１０３に挿入され、そのフランジ１０３が、光ファイバ１０１と光学的に結合されるべき光学系の部材に機械的に連結される。キャピラリ１０２とフランジ１０３とで構成される構造体は、しばしば、フェルール１０４と呼ばれる。このような構造により、光ファイバ１０１を適正な位置に位置することができる。図１Ｂに示されているように、フランジ１０３の代わりに、ガイドパイプ１０５が使用されることもある。
【０００５】
キャピラリは、最も一般的にはジルコニア等のセラミックやプラスチックによって形成されているが、近年では、金属で形成されたキャピラリも実用化されている。金属で形成されたキャピラリは、例えば、特許第３３０８２６６号公報（特許文献５）に開示されている。この特許公報は、複数の光ファイバの束に挿入して使用される金属キャピラリの製造方法を開示している。
【０００６】
発明者は、紫外光の光を伝送する技術の開発を進めた結果、一般的に使用される光ファイバのキャピラリへの実装方法が紫外光を伝送する光ファイバケーブルに適さないことを見出した。上述のように、一般的に使用される光ファイバのキャピラリへの実装方法では、光ファイバとキャピラリとの接合は、その間に接着剤を充填することによって行われる。しかし、光ファイバによって紫外光を伝送する場合、紫外光は、光ファイバに入射されるのみならず、光ファイバの周辺にも照射され、その光ファイバの周辺に照射された紫外光によってキャピラリの入射端面の近傍の接着剤が分解されてガスが発生する。更に、キャピラリがプラスチックで形成されている場合には、キャピラリ自体が入射された紫外光によって分解されてガスが発生する。加えて、光ファイバから紫外光が漏れることは避けがたいため、光ファイバから漏れた紫外光によっても接着剤が分解されてガスが発生する。接着剤やキャピラリからのガスの発生は、光ファイバケーブルに接続されている光学系を汚損するため好ましくない。
【特許文献１】特開平５−１４７９６６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０３６２９号公報
【特許文献３】特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献４】特開平１−１２６６０２号公報
【特許文献５】特許第３３０８２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、入射された紫外光や光ファイバによる不所望なガスの発生を抑制し、これにより、光学系の汚損を低減させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【０００９】
本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の端が挿入されている挿入孔（１１、１４）を有するキャピラリ（２、３）とを具備する。キャピラリ（２、３）は金属で形成されている。キャピラリ（２、３）の挿入孔（１１、１４）には、その内側方向に突出する突出部（１２、１５）が形成されている。この突出部（１２、１５）は、複数の光ファイバ（１）の束の側面に沿った曲面形状を挿入孔（１１、１４）に与えるように形成されている。
すなわち、本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｎ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の束を挿入する挿入孔（１１、１４）を有する金属製のキャピラリ（２、３）とを具備し、前記挿入孔（１１、１４）の横断面形状は、複数の光ファイバ（１）の束の横断面の外径形状に対応する形状となっている。
本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｎ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の束を挿入する挿入孔（１１、１４）を有する金属製のキャピラリ（２、３）とを具備し、光ファイバ（１）の横断面はほぼ円形断面を有し、前記挿入孔（１１、１４）の孔内面には複数本の当該複数の光ファイバ（１）の束によって形成される横断面の外側形状の凹状部に対応する突出部が形成されている。
【００１０】
本発明の光ファイバケーブルは、挿入孔（１１、１４）に突出部（１２、１５）が形成されているため、複数の光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）との間の隙間を小さくすることができる。従って、光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）とを接着する接着剤の量を少なくする、理想的には、接着剤が使用されないようにすることができる。加えて、キャピラリ（２、３）が紫外光によって分解されない金属によって形成されている。したがって、本発明の光ファイバケーブルは、紫外光によって接着剤が分解されることによるガスの発生を抑制することができる。
【００１１】
紫外線によるアブレーションにより、キャピラリ（２、３）表面から金属が離脱することを避けるためには、キャピラリ（２、３）は、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されていることが好適である。熱伝導率が大きく、融点が高い材料は、アブレーションを有効に抑制する。アブレーションを抑制するという観点からは、キャピラリ（２、３）は、実質的にタンタル又はタングステンから形成されることが好適である。また、アブレーションを抑制しながら、キャピラリ（２、３）を安価に製造可能にするためには、キャピラリ（２、３）が実質的にニッケルで形成されることが好適である。
【００１２】
キャピラリ（２、３）に熱伝導率が小さく、融点が低い材料を使用する場合には、アブレーションを抑制する観点からは、キャピラリ（２、３）の端面の少なくとも前記挿入孔（１１、１４）の周辺の部分が、保護膜（１８）で被覆されることが好適である。保護膜（１８）は、熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方がキャピラリ（２、３）を構成する金属よりも高い材料で形成されることが好適であり、保護膜（１８）が実質的にタンタル又はタングステンで形成されることは、最も好適である。
【００１３】
接着剤から不所望なガスが発生することを防ぐためには、前記複数の光ファイバと前記キャピラリとの間の接合に接着剤が使用されないことが好適である。接着剤を使用しない複数の光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）との接合は、例えば、金属の接合材（９、１９）によって接合することによって達成可能である。
【００１４】
本発明による光伝送方法は、端部にキャピラリ（２、３）が挿入された複数の光ファイバ（１）の束に、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送する方法であって、上記の光ファイバケーブルを使用する。本光伝送方法によれば、光ファイバから漏れた紫外光による不所望なガスの発生を抑制しながら、紫外光を伝送することができる。
【００１５】
このような光ファイバケーブル（１０）は、試料から放出された光の波長スペクトルを測定する分光分析システムに応用されることが特に好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光ファイバから漏れた紫外光による不所望なガスの発生を抑制し、これにより、光学系の汚損を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブル１０の構造を示す図である。図２Ａに示されているように、本実施形態の光ファイバケーブル１０は、７本の光ファイバ１と、キャピラリ２、３と、ガイドパイプ４、５とを備えている。光ファイバ１の束の一端はキャピラリ２に挿入され、他端はキャピラリ３に挿入されている。光ファイバ１の中間部分は、光ファイバジャケット６によって被覆されている。図２Ａでは、キャピラリ２には３本の光ファイバ１のみ挿入されているように図示されているが、実際は７本が挿入されている。これは、図２Ｂに示されているように、光ファイバ１のキャピラリ２に挿入される端では光ファイバ１が一列に並べられていないためである。キャピラリ２、３は、それぞれ、ガイドパイプ４、５に挿入されている。キャピラリ２、３は、それぞれ、ガイドパイプ４、５によって所望の位置に位置決めされる。
【００１８】
図３は、各光ファイバ１の構造を示す断面図である。各光ファイバ１は、波長が１５５〜４００ｎｍの紫外光を伝送可能であるように構成されている。ここで、本明細書では、「伝送可能」とは、１ｍあたりの損失が１０ｄＢ以下であることを意味することに留意されたい。
【００１９】
より具体的には、図３に示されているように、各光ファイバ１は、コア７と、コア７の周りを取り囲むクラッド８とを備えている。一実施形態では、コア７は、１００〜１０００ｐｐｍのフッ素を含有するシリカガラス（石英ガラス）で形成される。紫外光を照射することに起因する光ファイバ１の劣化を防止する観点から、コア７は、４〜７ｐｐｍの水酸基（ＯＨ基）を含むことが好ましい。一方、クラッド８は、１０００〜２００００ｐｐｍのフッ素を含有するシリカガラスで形成されている。このような構成の光ファイバ１は、紫外光を少ない損失で伝送するために好適である。
【００２０】
クラッド８は、紫外光を透過するフッ素樹脂で形成されることも可能である。クラッド８に使用されるフッ素樹脂としては、特に、主鎖に脂肪族環構造を有するフッ素ポリマー、例えば、アモルファスパーフロロ樹脂（商品名：サイトップ（旭ガラス（株）社製）が好適である。
【００２１】
図４Ａは、キャピラリ２の構造を示す正面図である。キャピラリ２は、金属でできており、その中央部に、光ファイバ１が挿入される挿入孔１１が設けられている。挿入孔１１は、１本の光ファイバ１を他の６本の光ファイバ１が取り囲むような配置で７本の光ファイバ１を保持するような形状を有している。すなわち、挿入孔１１の横断面形状は、複数の光ファイバ１の束の横断面の外径形状にほぼ合致するような形状となっている。より具体的には、光ファイバ１の横断面はほぼ円形断面を有しているので、キャピラリ２の挿入孔１１の孔内面には複数本の光ファイバ１の束によって形成される横断面の外側形状の凹状部にほぼ合致する突出部１２、１５が形成されている。
【００２２】
図５Ａは、キャピラリ３の構造を示す正面図である。キャピラリ２と同様に、キャピラリ３は金属でできており、その中央部に、光ファイバ１が挿入される挿入孔１４が設けられている。挿入孔１４は、７本の光ファイバ１を１列に並べて保持するような形状を有している。
【００２３】
本実施形態の光ファイバケーブル１０の一つの特徴は、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に、その内側方向に突出する突出部１２、１５が形成され、これにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接着する接着剤の量を低減できる点にある。突出部１２、１５を形成することにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３との間の隙間が小さくなり、必要な接着剤の量が少なくなる。
【００２４】
詳細には、図４Ａに示されているように、キャピラリ２に設けられた挿入孔１１には、仮想的柱面１３よりも突出している突出部１２が形成されている。図４Ｂは、仮想的柱面１３を説明する図である。仮想的柱面１３とは、光ファイバ１の直径の設計値に所定の公差を加えた直径を有する円筒１３ａが互いに接するように密に並べられたと仮定した場合に、その円筒１３ａに外接する、断面が多角形（図４では正六角形）の柱面である。
【００２５】
図４Ａに示されているように、挿入孔１１の突出部１２は、挿入孔１１の孔内面が光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状になるように形成されている。突出部１２は、光ファイバ１とキャピラリ２との間の隙間を小さくし、少ない量の接着剤で光ファイバ１とキャピラリ２とを接着することを可能にする。接着剤の量の低減は、光ファイバ１から漏れた紫外光によって接着剤が分解されることによって発生するガスの量を低減し、光ファイバケーブル１０に接続されている光学系の汚損を抑制するために有効である。
【００２６】
同様に、図５Ａに示されているように、キャピラリ３に設けられた挿入孔１４には、仮想的柱面１６から突出する突出部１５が形成されている。図５Ｂは、仮想的柱面１６を説明する図である。仮想的柱面１６とは、光ファイバ１の直径の設計値に所定の公差を加えた直径を有する円筒１６ａが互いに接するように１列に並べられた場合に、その円筒１６ａに外接する、断面が長方形の柱面である。突出部１５により、挿入孔１４には、光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状が与えられている。突出部１５がキャピラリ３の挿入孔１４に設けられていることにより、少ない量の接着剤で光ファイバ１とキャピラリ３とを接着することができる。
【００２７】
キャピラリ２、３が、プラスチックではなく、金属で形成されていることは重要である。キャピラリ２、３がプラスチックで形成されていると、光ファイバ１から漏れた紫外光によってプラスチックが分解され、ガスが発生する。これは、接着剤の分解によるガスの発生と同様に、光ファイバケーブルに接続されている光学系を汚損するという問題を生じさせる。キャピラリ２、３が金属で形成されていることにより、このような問題は回避できる。
【００２８】
キャピラリ２、３は、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されることが好ましい。光ファイバ１で伝送される紫外光には、アブレーション作用があるからである。紫外光がキャピラリ２、３に照射されると、キャピラリ２、３を構成する金属材料が紫外光によるアブレーションによってキャピラリ２、３から離脱することがある。離脱した金属材料は、キャピラリ２、３の近傍に位置する光学部品を汚損し得る。特に、アブレーションによる金属材料の離脱は、キャピラリ２、３の入射端面において特に顕著になり得る。アブレーションを抑制するためには、キャピラリ２、３を、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成することが効果的である。紫外光によるアブレーションは、紫外光が照射される材料の熱伝導率が高いほど、そして融点が高いほど起こりにくいからである。
【００２９】
より具体的には、キャピラリ２、３は、実質的に、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及びそれらの合金から選択された一の材料で形成されることが好ましい。本明細書において、「実質的に」とは、不可避的な不純物を含んでいるものの、これを除いては、選択された材料のみで形成されていることを意味している。上述された材料は、いずれも、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料であり、アブレーションを有効に抑制することができる。アブレーションを抑制するという観点からは、キャピラリ２、３は、タンタル又はタングステンで形成されることが最も好適である。タンタル及びタングステンの使用は、アブレーションを抑制する効果が大きい。
【００３０】
アブレーションを抑制しながらキャピラリ２、３を安価で製造するという観点からは、キャピラリ２、３が実質的にニッケルで形成されることが好ましい。ニッケルは、それ自体が廉価であるのに加え、ニッケルを使用することにより、キャピラリ２、３を電鋳（めっき）と機械加工の組み合わせによって形成することができる。これは、キャピラリ２、３を安価で製造するために好ましい。
【００３１】
例えば、図５Ａに図示されている構造を有するキャピラリ３は、以下のような工程で形成され得る。図６は、本実施形態のキャピラリの製造工程を説明する図である。図６に示されているように、１列に並べられた７本の線材２１の周囲に電鋳によってニッケルを堆積させることによってニッケルの柱状構造体が形成される。電鋳は、線材２１を電鋳液に浸した状態で線材２１に電流を流すことによって行われる。線材２１を柱状構造体から除去した後、その柱状構造体が所望の形状に機械加工されてキャピラリ３が形成される。線材２１の配置を変更することにより、図４Ａに図示されている構造を有するキャピラリ２を形成することができることは、当業者には自明であろう。
【００３２】
線材２１に抵抗率が高い金属材料（例えば、ステンレス）が使用される場合には、抵抗率が低い金属材料、具体的には、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下の金属材料が電鋳によって線材２１の表面に堆積されて表面層が形成され、その表面層の上にニッケルが電鋳によって堆積されることが好ましい。抵抗率が高い金属材料が線材２１として使用されると、線材２１に電流が線材２１の長さ方向について不均一に流れる。これは、電鋳によって形成される柱状構造体の寸法を長さ方向について不均一にするため好ましくない。抵抗率が低い表面層を使用することは、電鋳によって形成される柱状構造体の寸法を線材２１の長さ方向に対して均一にするために好適である。抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下の金属材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム及びこれらの合金が使用され得る。
【００３３】
表面層が線材２１に堆積される場合には、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に沿った部分に、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下である金属で形成された表面層が形成されることになる。図７は、表面層が形成されたキャピラリ２、３の構造を示す断面図である。図７に示されているように、キャピラリ３の挿入孔１４に沿った部分に、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下である金属で形成された表面層１７が形成される。キャピラリ２についても同様であることは、当業者には容易に理解されよう。
【００３４】
なお、キャピラリ２、３は、他の製造方法、例えば、放電加工やメタルインジェクションによっても製造可能であることに留意されたい。
【００３５】
アブレーションは、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４の周辺で特に顕著に発生するから、キャピラリ２、３の端面２ａ、３ａの、少なくとも挿入孔１１の周辺の部分に、アブレーションが起こりにくい材料で形成された保護膜が形成されることも好適である。図８は、保護膜が形成されたキャピラリ２、３の構造を示す正面図である。図８に示されているように、キャピラリ２の端面２ａの挿入孔１１の周辺の部分が、保護膜１８によって被覆されることが好適である。保護膜１８は、キャピラリ２、３を構成する金属材料よりも熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方が高い材料で形成されることが好適である。最も好適には、保護膜１８は、実質的に、タンタル又はタングステンから形成される。図７では、保護膜１８が端面２ａの一部分にのみ形成されているが、保護膜１８は、端面２ａの全面に形成されることも可能であり、また、キャピラリ２の表面の全体に形成されることも可能である。
【００３６】
接着剤の使用を不要化するためには、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを低い融点を有する金属で形成された接合材によって接合することが好適である。より具体的には、金属材料を使用した光ファイバ１とキャピラリ２、３との接合は、以下のようにして行われることが好適である。以下では、光ファイバ１とキャピラリ２との接合について言及するが、光ファイバ１とキャピラリ３とを同様の手順によって接合可能であることは、当業者には容易に理解されよう。
【００３７】
図９Ａ、図９Ｂ、図１０は、金属で形成された接合材によって光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接合する手順を説明する図である。まず、図９Ａ及び図９Ｂに示されているように、光ファイバ１の先端部が、低い融点を有する金属材料、最も好適には金によって薄膜状に形成された接合材９によって被覆される。金によって形成された接合材９は、例えば、蒸着によって形成可能である。
【００３８】
更に、図１０に示されているように、キャピラリ２の挿入孔１１が、低い融点を有する金属材料、最も好適には金によって薄膜状に形成された接合材１９によって被覆される。金によって形成された接合材１９は、例えば、無電解めっきによって形成可能である。
【００３９】
続いて、接合材９によって被覆された光ファイバ１の先端部がキャピラリ２の挿入孔１１に挿入され、キャピラリ２が短時間加熱される。これにより、光ファイバ１を被覆する接合材９とキャピラリ２の挿入孔１１を被覆する接合材１９とが溶着する。これにより、光ファイバ１とキャピラリ２とが接合される。
【００４０】
以上に説明されているように、本実施形態の光ファイバケーブル１０は、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に、その内側方向に突出する突出部１２、１５が形成され、これにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接着する接着剤の量を低減することができる。これは、接着剤が分解されて発生するガスによる光学系の汚損を抑制するために有効である。
【００４１】
なお、本実施形態では、７本の光ファイバ１が組み込まれている光ファイバケーブル１０が提示されているが、光ファイバ１が複数であれば、光ファイバ１の本数及び配置が様々に変更され得ることは当業者にとって自明的であろう。
【００４２】
このような利点を有する光ファイバケーブル１０は、試料の発光の波長スペクトルを測定する分光分析システムに使用されることが特に好適である。図１１は、本実施形態の光ファイバケーブルが使用されている分光分析システム３０の構成の例を示す図である。分光分析システム３０は、レーザ光源３１と、ウインドウレンズ３２と、ウインドウレンズ３３と、ミラー３４と、回折格子３５と、ミラー３６と、ＣＣＤ（charge coupled device）３７とを備えている。分光分析システム３０は、レーザ光源３１によって発せられた紫外光を試料Ｗに照射し、その試料Ｗから放出された光に対して分光分析を行うように構成されている。
【００４３】
分光分析システム３０には、本実施形態の光ファイバケーブル１０が、２本使用されている。そのうちの一本（以下、光ファイバケーブル１０Ａと参照される）は、ウインドウレンズ３２と試料Ｗとの間に設けられ、他の一本（以下、光ファイバケーブル１０Ｂと参照される）は、ウインドウレンズ３３とミラー３４の間に設けられる。図２Ａで図示されている光ファイバケーブル１０とは異なり、光ファイバケーブル１０Ａには、１本の光ファイバ１を他の６本の光ファイバ１が取り囲むような配置で７本の光ファイバ１を保持するキャピラリ２がその両端において使用されている。光ファイバケーブル１０Ｂは、図２Ａで図示されている光ファイバケーブル１０と同一の構成を有している。
【００４４】
光ファイバケーブル１０Ａは、レーザ光源３１によって発せられた紫外光を試料Ｗに導入するために使用される。レーザ光源３１が発生した紫外光は、ウインドウレンズ３２によって集光されて光ファイバケーブル１０Ａに入射される。光ファイバケーブル１０Ａは、入射された紫外光を伝送し、試料Ｗに照射する。キャピラリ２が図４Ａに示されているような構造を有していることは、ウインドウレンズ３２からキャピラリ２の端面２ａに紫外光が照射されたときに接着剤から発生するガスを低減させるために有効である。
【００４５】
一方、光ファイバケーブル１０Ｂは、試料Ｗから放出される光をミラー３４と、回折格子３５と、ミラー３６と、ＣＣＤ（charge coupled device）３７とからなる分光器に導入するために使用される。光ファイバケーブル１０Ｂは、キャピラリ２がウインドウレンズ３３に、キャピラリ３がミラー３４に対向するように設けられる。試料Ｗから放出された光は、ウインドウレンズ３３によって集光されて光ファイバケーブル１０Ｂに入射される。試料Ｗから放出される光には、紫外光が含まれているから、光ファイバケーブル１０Ｂが紫外光を伝送可能であることは重要である。光ファイバケーブル１０Ｂは、入射された光を伝送して、ミラー３４に入射する。光ファイバケーブル１０Ｂからミラー３４に入射された光は、ミラー３４によって反射されて回折格子３５に入射される。回折格子３５は、入射光を波長に応じた方向に反射する。回折格子３５によって反射された光は、ミラー３６によって反射され、ＣＣＤ３７の表面の波長に応じた位置に結像される。ＣＣＤ３７は、各位置に入射される光の強度を測定し、測定された光の強度から、波長スペクトルが得られる。
【００４６】
このような構成の分光分析システム３０に光ファイバケーブル１０Ａ、１０Ｂを使用することにより、分光分析システム３０の光学系を汚損することなく波長スペクトルを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】図１Ａは、光ファイバを位置合わせするための従来の構造を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光ファイバを位置合わせするための他の従来の構造を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブルの構成を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリと光ファイバの構成を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの構成を示す正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリに規定される仮想的柱面を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの構成を示す他の正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリに規定される仮想的柱面を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態のキャピラリの製造に使用される線材の配置の一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの他の構成を示す正面図である。
【図８】図８は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの更に他の構成を示す正面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの他の構成を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの他の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの更に他の構成を示す正面図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の光ファイバケーブルが使用されている分光分析システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：光ファイバ
２、３：キャピラリ
２ａ、３ａ：端面
４，５：ガイドパイプ
６：光ファイバジャケット
７：コア
８：クラッド
９：接合膜
１０、１０Ａ、１０Ｂ：光ファイバケーブル
１１、１４：挿入孔
１２、１５：突出部
１３、１６：仮想的柱面
１７：表面層
１８：保護膜
１９：接合膜
１３ａ、１６ａ：円筒
２１：線材
３０：分光分析システム
３１：レーザ光源
３２、３３：ウインドウレンズ
３４、３６：ミラー
３５：回折格子
３７：ＣＣＤ
１０１：光ファイバ
１０２：キャピラリ
１０３：フランジ
１０４：フェルール
１０５：ガイドパイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバケーブル、光伝送方法、及び分光分析システムに関しており、特に、紫外光を伝送するために使用される光ファイバケーブル及び光伝送方法、並びに、それらを用いる分光分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、紫外光を伝送するための光ファイバの開発が広く進められている。例えば、特開平５−１４７９６６号公報（特許文献１）は、水酸基（ＯＨ基）の含有量が１０〜１０００ｐｐｍ、フッ素の含有量が５０〜５０００ｐｐｍであり、且つ、実質的に塩素を含有しない石英ガラスのコアを使用することにより、紫外領域の損失を低減する技術を開示している。特開２０００−１０３６２９号公報（特許文献２）は、フッ素を１重量％程度含む石英ガラスのコアをコアに水素分子が１×１０１６／ｃｍ３以上存在するようにする工程の後、該コアにエキシマレーザー光又はγ線を照射することによって製造した光ファイバが紫外領域の損失が小さいことを開示している。特開平９−３０９７４２号公報（特許文献３）は、水素分子の濃度が１×１０１６／ｃｍ３以上であり、且つ、微量のフッ素を含む石英ガラスのコアと、フッ素及び／又はホウ素を含むクラッドと、クラッドを被覆する水素拡散防止層を備えた光ファイバを開示している。特開平１−１２６６０２号公報（特許文献４）は、コアが石英ガラスで形成され、クラッドが主鎖に環構造を有する含フッ素ポリマーで形成された光ファイバを開示している。
【０００３】
このような光ファイバを光学系に使用するためには、光ファイバを所望の位置に位置決めして実装する必要がある。光ファイバの位置決めを行う最も一般的な方法は、光ファイバの先端部をキャピラリに挿入し、そのキャピラリをフランジやガイドパイプによって支持する方法である。
【０００４】
図１Ａは、光ファイバを位置決めする構造の一例を示している。図１Ａの構造では、光ファイバ１０１の先端部がキャピラリ１０２に挿入されている。光ファイバ１０１とキャピラリ１０２との接合は、一般的に、それらの間に接着剤を充填することによって行われる。キャピラリ１０２は、フランジ１０３に挿入され、そのフランジ１０３が、光ファイバ１０１と光学的に結合されるべき光学系の部材に機械的に連結される。キャピラリ１０２とフランジ１０３とで構成される構造体は、しばしば、フェルール１０４と呼ばれる。このような構造により、光ファイバ１０１を適正な位置に位置することができる。図１Ｂに示されているように、フランジ１０３の代わりに、ガイドパイプ１０５が使用されることもある。
【０００５】
キャピラリは、最も一般的にはジルコニア等のセラミックやプラスチックによって形成されているが、近年では、金属で形成されたキャピラリも実用化されている。金属で形成されたキャピラリは、例えば、特許第３３０８２６６号公報（特許文献５）に開示されている。この特許公報は、複数の光ファイバの束に挿入して使用される金属キャピラリの製造方法を開示している。
【０００６】
発明者は、紫外光の光を伝送する技術の開発を進めた結果、一般的に使用される光ファイバのキャピラリへの実装方法が紫外光を伝送する光ファイバケーブルに適さないことを見出した。上述のように、一般的に使用される光ファイバのキャピラリへの実装方法では、光ファイバとキャピラリとの接合は、その間に接着剤を充填することによって行われる。しかし、光ファイバによって紫外光を伝送する場合、紫外光は、光ファイバに入射されるのみならず、光ファイバの周辺にも照射され、その光ファイバの周辺に照射された紫外光によってキャピラリの入射端面の近傍の接着剤が分解されてガスが発生する。更に、キャピラリがプラスチックで形成されている場合には、キャピラリ自体が入射された紫外光によって分解されてガスが発生する。加えて、光ファイバから紫外光が漏れることは避けがたいため、光ファイバから漏れた紫外光によっても接着剤が分解されてガスが発生する。接着剤やキャピラリからのガスの発生は、光ファイバケーブルに接続されている光学系を汚損するため好ましくない。
【特許文献１】特開平５−１４７９６６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０３６２９号公報
【特許文献３】特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献４】特開平１−１２６６０２号公報
【特許文献５】特許第３３０８２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、入射された紫外光や光ファイバによる不所望なガスの発生を抑制し、これにより、光学系の汚損を低減させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【０００９】
本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の端が挿入されている挿入孔（１１、１４）を有するキャピラリ（２、３）とを具備する。キャピラリ（２、３）は金属で形成されている。キャピラリ（２、３）の挿入孔（１１、１４）には、その内側方向に突出する突出部（１２、１５）が形成されている。この突出部（１２、１５）は、複数の光ファイバ（１）の束の側面に沿った曲面形状を挿入孔（１１、１４）に与えるように形成されている。
すなわち、本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｎ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の束を挿入する挿入孔（１１、１４）を有する金属製のキャピラリ（２、３）とを具備し、前記挿入孔（１１、１４）の横断面形状は、複数の光ファイバ（１）の束の横断面の外径形状に対応する形状となっている。
本発明による光ファイバケーブル（１０）は、波長が１５５ｎｎ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバ（１）の束と、複数の光ファイバ（１）の束を挿入する挿入孔（１１、１４）を有する金属製のキャピラリ（２、３）とを具備し、光ファイバ（１）の横断面はほぼ円形断面を有し、前記挿入孔（１１、１４）の孔内面には複数本の当該複数の光ファイバ（１）の束によって形成される横断面の外側形状の凹状部に対応する突出部が形成されている。
【００１０】
本発明の光ファイバケーブルは、挿入孔（１１、１４）に突出部（１２、１５）が形成されているため、複数の光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）との間の隙間を小さくすることができる。従って、光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）とを接着する接着剤の量を少なくする、理想的には、接着剤が使用されないようにすることができる。加えて、キャピラリ（２、３）が紫外光によって分解されない金属によって形成されている。したがって、本発明の光ファイバケーブルは、紫外光によって接着剤が分解されることによるガスの発生を抑制することができる。
【００１１】
紫外線によるアブレーションにより、キャピラリ（２、３）表面から金属が離脱することを避けるためには、キャピラリ（２、３）は、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されていることが好適である。熱伝導率が大きく、融点が高い材料は、アブレーションを有効に抑制する。アブレーションを抑制するという観点からは、キャピラリ（２、３）は、実質的にタンタル又はタングステンから形成されることが好適である。また、アブレーションを抑制しながら、キャピラリ（２、３）を安価に製造可能にするためには、キャピラリ（２、３）が実質的にニッケルで形成されることが好適である。
【００１２】
キャピラリ（２、３）に熱伝導率が小さく、融点が低い材料を使用する場合には、アブレーションを抑制する観点からは、キャピラリ（２、３）の端面の少なくとも前記挿入孔（１１、１４）の周辺の部分が、保護膜（１８）で被覆されることが好適である。保護膜（１８）は、熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方がキャピラリ（２、３）を構成する金属よりも高い材料で形成されることが好適であり、保護膜（１８）が実質的にタンタル又はタングステンで形成されることは、最も好適である。
【００１３】
接着剤から不所望なガスが発生することを防ぐためには、前記複数の光ファイバと前記キャピラリとの間の接合に接着剤が使用されないことが好適である。接着剤を使用しない複数の光ファイバ（１）とキャピラリ（２、３）との接合は、例えば、金属の接合材（９、１９）によって接合することによって達成可能である。
【００１４】
本発明による光伝送方法は、端部にキャピラリ（２、３）が挿入された複数の光ファイバ（１）の束に、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送する方法であって、上記の光ファイバケーブルを使用する。本光伝送方法によれば、光ファイバから漏れた紫外光による不所望なガスの発生を抑制しながら、紫外光を伝送することができる。
【００１５】
このような光ファイバケーブル（１０）は、試料から放出された光の波長スペクトルを測定する分光分析システムに応用されることが特に好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光ファイバから漏れた紫外光による不所望なガスの発生を抑制し、これにより、光学系の汚損を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブル１０の構造を示す図である。図２Ａに示されているように、本実施形態の光ファイバケーブル１０は、７本の光ファイバ１と、キャピラリ２、３と、ガイドパイプ４、５とを備えている。光ファイバ１の束の一端はキャピラリ２に挿入され、他端はキャピラリ３に挿入されている。光ファイバ１の中間部分は、光ファイバジャケット６によって被覆されている。図２Ａでは、キャピラリ２には３本の光ファイバ１のみ挿入されているように図示されているが、実際は７本が挿入されている。これは、図２Ｂに示されているように、光ファイバ１のキャピラリ２に挿入される端では光ファイバ１が一列に並べられていないためである。キャピラリ２、３は、それぞれ、ガイドパイプ４、５に挿入されている。キャピラリ２、３は、それぞれ、ガイドパイプ４、５によって所望の位置に位置決めされる。
【００１８】
図３は、各光ファイバ１の構造を示す断面図である。各光ファイバ１は、波長が１５５〜４００ｎｍの紫外光を伝送可能であるように構成されている。ここで、本明細書では、「伝送可能」とは、１ｍあたりの損失が１０ｄＢ以下であることを意味することに留意されたい。
【００１９】
より具体的には、図３に示されているように、各光ファイバ１は、コア７と、コア７の周りを取り囲むクラッド８とを備えている。一実施形態では、コア７は、１００〜１０００ｐｐｍのフッ素を含有するシリカガラス（石英ガラス）で形成される。紫外光を照射することに起因する光ファイバ１の劣化を防止する観点から、コア７は、４〜７ｐｐｍの水酸基（ＯＨ基）を含むことが好ましい。一方、クラッド８は、１０００〜２００００ｐｐｍのフッ素を含有するシリカガラスで形成されている。このような構成の光ファイバ１は、紫外光を少ない損失で伝送するために好適である。
【００２０】
クラッド８は、紫外光を透過するフッ素樹脂で形成されることも可能である。クラッド８に使用されるフッ素樹脂としては、特に、主鎖に脂肪族環構造を有するフッ素ポリマー、例えば、アモルファスパーフロロ樹脂（商品名：サイトップ（旭ガラス（株）社製）が好適である。
【００２１】
図４Ａは、キャピラリ２の構造を示す正面図である。キャピラリ２は、金属でできており、その中央部に、光ファイバ１が挿入される挿入孔１１が設けられている。挿入孔１１は、１本の光ファイバ１を他の６本の光ファイバ１が取り囲むような配置で７本の光ファイバ１を保持するような形状を有している。すなわち、挿入孔１１の横断面形状は、複数の光ファイバ１の束の横断面の外径形状にほぼ合致するような形状となっている。より具体的には、光ファイバ１の横断面はほぼ円形断面を有しているので、キャピラリ２の挿入孔１１の孔内面には複数本の光ファイバ１の束によって形成される横断面の外側形状の凹状部にほぼ合致する突出部１２、１５が形成されている。
【００２２】
図５Ａは、キャピラリ３の構造を示す正面図である。キャピラリ２と同様に、キャピラリ３は金属でできており、その中央部に、光ファイバ１が挿入される挿入孔１４が設けられている。挿入孔１４は、７本の光ファイバ１を１列に並べて保持するような形状を有している。
【００２３】
本実施形態の光ファイバケーブル１０の一つの特徴は、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に、その内側方向に突出する突出部１２、１５が形成され、これにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接着する接着剤の量を低減できる点にある。突出部１２、１５を形成することにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３との間の隙間が小さくなり、必要な接着剤の量が少なくなる。
【００２４】
詳細には、図４Ａに示されているように、キャピラリ２に設けられた挿入孔１１には、仮想的柱面１３よりも突出している突出部１２が形成されている。図４Ｂは、仮想的柱面１３を説明する図である。仮想的柱面１３とは、光ファイバ１の直径の設計値に所定の公差を加えた直径を有する円筒１３ａが互いに接するように密に並べられたと仮定した場合に、その円筒１３ａに外接する、断面が多角形（図４では正六角形）の柱面である。
【００２５】
図４Ａに示されているように、挿入孔１１の突出部１２は、挿入孔１１の孔内面が光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状になるように形成されている。突出部１２は、光ファイバ１とキャピラリ２との間の隙間を小さくし、少ない量の接着剤で光ファイバ１とキャピラリ２とを接着することを可能にする。接着剤の量の低減は、光ファイバ１から漏れた紫外光によって接着剤が分解されることによって発生するガスの量を低減し、光ファイバケーブル１０に接続されている光学系の汚損を抑制するために有効である。
【００２６】
同様に、図５Ａに示されているように、キャピラリ３に設けられた挿入孔１４には、仮想的柱面１６から突出する突出部１５が形成されている。図５Ｂは、仮想的柱面１６を説明する図である。仮想的柱面１６とは、光ファイバ１の直径の設計値に所定の公差を加えた直径を有する円筒１６ａが互いに接するように１列に並べられた場合に、その円筒１６ａに外接する、断面が長方形の柱面である。突出部１５により、挿入孔１４には、光ファイバ１の束の側面に沿った曲面形状が与えられている。突出部１５がキャピラリ３の挿入孔１４に設けられていることにより、少ない量の接着剤で光ファイバ１とキャピラリ３とを接着することができる。
【００２７】
キャピラリ２、３が、プラスチックではなく、金属で形成されていることは重要である。キャピラリ２、３がプラスチックで形成されていると、光ファイバ１から漏れた紫外光によってプラスチックが分解され、ガスが発生する。これは、接着剤の分解によるガスの発生と同様に、光ファイバケーブルに接続されている光学系を汚損するという問題を生じさせる。キャピラリ２、３が金属で形成されていることにより、このような問題は回避できる。
【００２８】
キャピラリ２、３は、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されることが好ましい。光ファイバ１で伝送される紫外光には、アブレーション作用があるからである。紫外光がキャピラリ２、３に照射されると、キャピラリ２、３を構成する金属材料が紫外光によるアブレーションによってキャピラリ２、３から離脱することがある。離脱した金属材料は、キャピラリ２、３の近傍に位置する光学部品を汚損し得る。特に、アブレーションによる金属材料の離脱は、キャピラリ２、３の入射端面において特に顕著になり得る。アブレーションを抑制するためには、キャピラリ２、３を、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成することが効果的である。紫外光によるアブレーションは、紫外光が照射される材料の熱伝導率が高いほど、そして融点が高いほど起こりにくいからである。
【００２９】
より具体的には、キャピラリ２、３は、実質的に、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及びそれらの合金から選択された一の材料で形成されることが好ましい。本明細書において、「実質的に」とは、不可避的な不純物を含んでいるものの、これを除いては、選択された材料のみで形成されていることを意味している。上述された材料は、いずれも、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料であり、アブレーションを有効に抑制することができる。アブレーションを抑制するという観点からは、キャピラリ２、３は、タンタル又はタングステンで形成されることが最も好適である。タンタル及びタングステンの使用は、アブレーションを抑制する効果が大きい。
【００３０】
アブレーションを抑制しながらキャピラリ２、３を安価で製造するという観点からは、キャピラリ２、３が実質的にニッケルで形成されることが好ましい。ニッケルは、それ自体が廉価であるのに加え、ニッケルを使用することにより、キャピラリ２、３を電鋳（めっき）と機械加工の組み合わせによって形成することができる。これは、キャピラリ２、３を安価で製造するために好ましい。
【００３１】
例えば、図５Ａに図示されている構造を有するキャピラリ３は、以下のような工程で形成され得る。図６は、本実施形態のキャピラリの製造工程を説明する図である。図６に示されているように、１列に並べられた７本の線材２１の周囲に電鋳によってニッケルを堆積させることによってニッケルの柱状構造体が形成される。電鋳は、線材２１を電鋳液に浸した状態で線材２１に電流を流すことによって行われる。線材２１を柱状構造体から除去した後、その柱状構造体が所望の形状に機械加工されてキャピラリ３が形成される。線材２１の配置を変更することにより、図４Ａに図示されている構造を有するキャピラリ２を形成することができることは、当業者には自明であろう。
【００３２】
線材２１に抵抗率が高い金属材料（例えば、ステンレス）が使用される場合には、抵抗率が低い金属材料、具体的には、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下の金属材料が電鋳によって線材２１の表面に堆積されて表面層が形成され、その表面層の上にニッケルが電鋳によって堆積されることが好ましい。抵抗率が高い金属材料が線材２１として使用されると、線材２１に電流が線材２１の長さ方向について不均一に流れる。これは、電鋳によって形成される柱状構造体の寸法を長さ方向について不均一にするため好ましくない。抵抗率が低い表面層を使用することは、電鋳によって形成される柱状構造体の寸法を線材２１の長さ方向に対して均一にするために好適である。抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下の金属材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム及びこれらの合金が使用され得る。
【００３３】
表面層が線材２１に堆積される場合には、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に沿った部分に、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下である金属で形成された表面層が形成されることになる。図７は、表面層が形成されたキャピラリ２、３の構造を示す断面図である。図７に示されているように、キャピラリ３の挿入孔１４に沿った部分に、抵抗率が５×１０−６Ω・ｃｍ以下である金属で形成された表面層１７が形成される。キャピラリ２についても同様であることは、当業者には容易に理解されよう。
【００３４】
なお、キャピラリ２、３は、他の製造方法、例えば、放電加工やメタルインジェクションによっても製造可能であることに留意されたい。
【００３５】
アブレーションは、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４の周辺で特に顕著に発生するから、キャピラリ２、３の端面２ａ、３ａの、少なくとも挿入孔１１の周辺の部分に、アブレーションが起こりにくい材料で形成された保護膜が形成されることも好適である。図８は、保護膜が形成されたキャピラリ２、３の構造を示す正面図である。図８に示されているように、キャピラリ２の端面２ａの挿入孔１１の周辺の部分が、保護膜１８によって被覆されることが好適である。保護膜１８は、キャピラリ２、３を構成する金属材料よりも熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方が高い材料で形成されることが好適である。最も好適には、保護膜１８は、実質的に、タンタル又はタングステンから形成される。図７では、保護膜１８が端面２ａの一部分にのみ形成されているが、保護膜１８は、端面２ａの全面に形成されることも可能であり、また、キャピラリ２の表面の全体に形成されることも可能である。
【００３６】
接着剤の使用を不要化するためには、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを低い融点を有する金属で形成された接合材によって接合することが好適である。より具体的には、金属材料を使用した光ファイバ１とキャピラリ２、３との接合は、以下のようにして行われることが好適である。以下では、光ファイバ１とキャピラリ２との接合について言及するが、光ファイバ１とキャピラリ３とを同様の手順によって接合可能であることは、当業者には容易に理解されよう。
【００３７】
図９Ａ、図９Ｂ、図１０は、金属で形成された接合材によって光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接合する手順を説明する図である。まず、図９Ａ及び図９Ｂに示されているように、光ファイバ１の先端部が、低い融点を有する金属材料、最も好適には金によって薄膜状に形成された接合材９によって被覆される。金によって形成された接合材９は、例えば、蒸着によって形成可能である。
【００３８】
更に、図１０に示されているように、キャピラリ２の挿入孔１１が、低い融点を有する金属材料、最も好適には金によって薄膜状に形成された接合材１９によって被覆される。金によって形成された接合材１９は、例えば、無電解めっきによって形成可能である。
【００３９】
続いて、接合材９によって被覆された光ファイバ１の先端部がキャピラリ２の挿入孔１１に挿入され、キャピラリ２が短時間加熱される。これにより、光ファイバ１を被覆する接合材９とキャピラリ２の挿入孔１１を被覆する接合材１９とが溶着する。これにより、光ファイバ１とキャピラリ２とが接合される。
【００４０】
以上に説明されているように、本実施形態の光ファイバケーブル１０は、キャピラリ２、３の挿入孔１１、１４に、その内側方向に突出する突出部１２、１５が形成され、これにより、光ファイバ１とキャピラリ２、３とを接着する接着剤の量を低減することができる。これは、接着剤が分解されて発生するガスによる光学系の汚損を抑制するために有効である。
【００４１】
なお、本実施形態では、７本の光ファイバ１が組み込まれている光ファイバケーブル１０が提示されているが、光ファイバ１が複数であれば、光ファイバ１の本数及び配置が様々に変更され得ることは当業者にとって自明的であろう。
【００４２】
このような利点を有する光ファイバケーブル１０は、試料の発光の波長スペクトルを測定する分光分析システムに使用されることが特に好適である。図１１は、本実施形態の光ファイバケーブルが使用されている分光分析システム３０の構成の例を示す図である。分光分析システム３０は、レーザ光源３１と、ウインドウレンズ３２と、ウインドウレンズ３３と、ミラー３４と、回折格子３５と、ミラー３６と、ＣＣＤ（charge coupled device）３７とを備えている。分光分析システム３０は、レーザ光源３１によって発せられた紫外光を試料Ｗに照射し、その試料Ｗから放出された光に対して分光分析を行うように構成されている。
【００４３】
分光分析システム３０には、本実施形態の光ファイバケーブル１０が、２本使用されている。そのうちの一本（以下、光ファイバケーブル１０Ａと参照される）は、ウインドウレンズ３２と試料Ｗとの間に設けられ、他の一本（以下、光ファイバケーブル１０Ｂと参照される）は、ウインドウレンズ３３とミラー３４の間に設けられる。図２Ａで図示されている光ファイバケーブル１０とは異なり、光ファイバケーブル１０Ａには、１本の光ファイバ１を他の６本の光ファイバ１が取り囲むような配置で７本の光ファイバ１を保持するキャピラリ２がその両端において使用されている。光ファイバケーブル１０Ｂは、図２Ａで図示されている光ファイバケーブル１０と同一の構成を有している。
【００４４】
光ファイバケーブル１０Ａは、レーザ光源３１によって発せられた紫外光を試料Ｗに導入するために使用される。レーザ光源３１が発生した紫外光は、ウインドウレンズ３２によって集光されて光ファイバケーブル１０Ａに入射される。光ファイバケーブル１０Ａは、入射された紫外光を伝送し、試料Ｗに照射する。キャピラリ２が図４Ａに示されているような構造を有していることは、ウインドウレンズ３２からキャピラリ２の端面２ａに紫外光が照射されたときに接着剤から発生するガスを低減させるために有効である。
【００４５】
一方、光ファイバケーブル１０Ｂは、試料Ｗから放出される光をミラー３４と、回折格子３５と、ミラー３６と、ＣＣＤ（charge coupled device）３７とからなる分光器に導入するために使用される。光ファイバケーブル１０Ｂは、キャピラリ２がウインドウレンズ３３に、キャピラリ３がミラー３４に対向するように設けられる。試料Ｗから放出された光は、ウインドウレンズ３３によって集光されて光ファイバケーブル１０Ｂに入射される。試料Ｗから放出される光には、紫外光が含まれているから、光ファイバケーブル１０Ｂが紫外光を伝送可能であることは重要である。光ファイバケーブル１０Ｂは、入射された光を伝送して、ミラー３４に入射する。光ファイバケーブル１０Ｂからミラー３４に入射された光は、ミラー３４によって反射されて回折格子３５に入射される。回折格子３５は、入射光を波長に応じた方向に反射する。回折格子３５によって反射された光は、ミラー３６によって反射され、ＣＣＤ３７の表面の波長に応じた位置に結像される。ＣＣＤ３７は、各位置に入射される光の強度を測定し、測定された光の強度から、波長スペクトルが得られる。
【００４６】
このような構成の分光分析システム３０に光ファイバケーブル１０Ａ、１０Ｂを使用することにより、分光分析システム３０の光学系を汚損することなく波長スペクトルを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】図１Ａは、光ファイバを位置合わせするための従来の構造を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光ファイバを位置合わせするための他の従来の構造を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブルの構成を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリと光ファイバの構成を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの構成を示す正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリに規定される仮想的柱面を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの構成を示す他の正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリに規定される仮想的柱面を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態のキャピラリの製造に使用される線材の配置の一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの他の構成を示す正面図である。
【図８】図８は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの更に他の構成を示す正面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの他の構成を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれた光ファイバの他の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の光ファイバケーブルに組み込まれたキャピラリの更に他の構成を示す正面図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の光ファイバケーブルが使用されている分光分析システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：光ファイバ
２、３：キャピラリ
２ａ、３ａ：端面
４，５：ガイドパイプ
６：光ファイバジャケット
７：コア
８：クラッド
９：接合膜
１０、１０Ａ、１０Ｂ：光ファイバケーブル
１１、１４：挿入孔
１２、１５：突出部
１３、１６：仮想的柱面
１７：表面層
１８：保護膜
１９：接合膜
１３ａ、１６ａ：円筒
２１：線材
３０：分光分析システム
３１：レーザ光源
３２、３３：ウインドウレンズ
３４、３６：ミラー
３５：回折格子
３７：ＣＣＤ
１０１：光ファイバ
１０２：キャピラリ
１０３：フランジ
１０４：フェルール
１０５：ガイドパイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入されている挿入孔を有するキャピラリ
とを具備し、
前記キャピラリは金属で形成され、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリは、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリは、実質的にニッケルで形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリの端面の少なくとも前記挿入孔の周辺の部分が、保護膜で被覆されている
光ファイバケーブル。
【請求項５】
請求項４に記載の光ファイバケーブルであって、
前記保護膜は、熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方が前記金属よりも高い材料で形成された
光ファイバケーブル。
【請求項６】
請求項４に記載の光ファイバケーブルであって、
前記保護膜は、実質的にタンタル又はタングステンで形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項７】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記複数の光ファイバと前記キャピラリとの間の接合に、接着剤が使用されない
光ファイバケーブル。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバケーブルであって、
前記複数の光ファイバと前記キャピラリとは、金属の接合材によって接合されている
光ファイバケーブル。
【請求項９】
端部にキャピラリが挿入された複数の光ファイバの束に、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送する方法であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルを使用する
光伝送方法。
【請求項１０】
紫外光光源と、
前記紫外光光源から入射された紫外光を伝送して試料に照射する光ファイバケーブルと、
前記試料から放出された光の波長スペクトルを測定する分光手段
とを具備し、
前記光ファイバケーブルは、
波長が１５５ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入された挿入孔を有する、金属で形成されたキャピラリ
とを備え、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
分光分析システム。
【請求項１１】
光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルから出射される光の波長スペクトルを測定する分光手段
とを具備し、
前記光ファイバケーブルは、
波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入された挿入孔を有する、金属で形成されたキャピラリ
とを備え、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
分光器。
【請求項１】
波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入されている挿入孔を有するキャピラリ
とを具備し、
前記キャピラリは金属で形成され、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリは、３００Ｋにおける熱伝導率が５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であり、且つ、融点が１３００℃以上である材料で形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリは、実質的にニッケルで形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記キャピラリの端面の少なくとも前記挿入孔の周辺の部分が、保護膜で被覆されている
光ファイバケーブル。
【請求項５】
請求項４に記載の光ファイバケーブルであって、
前記保護膜は、熱伝導率と融点とのうちの少なくとも一方が前記金属よりも高い材料で形成された
光ファイバケーブル。
【請求項６】
請求項４に記載の光ファイバケーブルであって、
前記保護膜は、実質的にタンタル又はタングステンで形成されている
光ファイバケーブル。
【請求項７】
請求項１に記載の光ファイバケーブルであって、
前記複数の光ファイバと前記キャピラリとの間の接合に、接着剤が使用されない
光ファイバケーブル。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバケーブルであって、
前記複数の光ファイバと前記キャピラリとは、金属の接合材によって接合されている
光ファイバケーブル。
【請求項９】
端部にキャピラリが挿入された複数の光ファイバの束に、波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送する方法であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバケーブルを使用する
光伝送方法。
【請求項１０】
紫外光光源と、
前記紫外光光源から入射された紫外光を伝送して試料に照射する光ファイバケーブルと、
前記試料から放出された光の波長スペクトルを測定する分光手段
とを具備し、
前記光ファイバケーブルは、
波長が１５５ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入された挿入孔を有する、金属で形成されたキャピラリ
とを備え、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
分光分析システム。
【請求項１１】
光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルから出射される光の波長スペクトルを測定する分光手段
とを具備し、
前記光ファイバケーブルは、
波長が１５５ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光を伝送可能に形成された複数の光ファイバの束と、
前記複数の光ファイバが挿入された挿入孔を有する、金属で形成されたキャピラリ
とを備え、
前記キャピラリの前記挿入孔には、その内側方向に突出する突出部が形成され、
前記突出部は、前記挿入孔に前記複数の光ファイバの束の側面に沿った曲面形状を与えるように形成されている
分光器。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２７９１９４（Ｐ２００７−２７９１９４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０２８６３（Ｐ２００６−１０２８６３）
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（５９８１１８８２４）株式会社ワイヤードジャパン (4)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（５９８１１８８２４）株式会社ワイヤードジャパン (4)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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