光ファイバ
【課題】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。
【解決手段】本発明の光ファイバ１０は、中空ガラス管４と、その内部に配置された、光の伝搬する横断面が円形状のガラスコア１及び該ガラスコア１の外周を覆うガラス薄層２を有する光ファイバ本体５０から成る。中空ガラス管４は横断面が正方形の貫通孔５を有しており、光ファイバ本体５０は、４個の接触部６１〜６４で中空ガラス管４の内周面と接するように該中空ガラス管４の貫通孔５内に配置されている。このような構成により、接触部６１〜６４以外の前記光ファイバ本体５０と中空ガラス管４の間には、長手方向に延びる４つの空隙部３が形成される。
【解決手段】本発明の光ファイバ１０は、中空ガラス管４と、その内部に配置された、光の伝搬する横断面が円形状のガラスコア１及び該ガラスコア１の外周を覆うガラス薄層２を有する光ファイバ本体５０から成る。中空ガラス管４は横断面が正方形の貫通孔５を有しており、光ファイバ本体５０は、４個の接触部６１〜６４で中空ガラス管４の内周面と接するように該中空ガラス管４の貫通孔５内に配置されている。このような構成により、接触部６１〜６４以外の前記光ファイバ本体５０と中空ガラス管４の間には、長手方向に延びる４つの空隙部３が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003-121662号公報
【特許文献２】特開2003-161849号公報
【特許文献３】特開2004-354660号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管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。
この場合、前記中空ガラス管の内部には１個の光ファイバ本体が配置されていてもよく、複数個の光ファイバ本体が配置されていてもよい。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
さらに、前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、各貫通孔内に前記光ファイバ本体が配置されているとよい。この場合、貫通孔内には１個の光ファイバ本体が配置されていてもよく、複数の光ファイバ本体が配置されていてもよい。
上記光ファイバにおいては、前記ガラスコアをSiO2ガラスから構成することができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（第二のクラッド層）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図２】本発明の第２実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図３】本発明の第３実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図４】本発明の第４実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図５】本発明の第５実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図６】本発明の第６実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図７】本発明の第７実施例に係る光ファイバの横断面図。
【図８】本発明の第８実施例に係る光ファイバの横断面図。
【図９】本発明の第９実施例に係る光ファイババンドルの横断面図。
【図１０】本発明の第１０実施例に係る光ファイババンドルの横断面図。
【図１１】本発明の第１１実施例に係る光ファイバを示し、(a)は横断面図、(b)は外観図。
【図１２】従来の光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図１３】従来の光ファイバを束ねて構成した光ファイババンドルを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例２】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【実施例３】
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例４】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【実施例５】
【００５１】
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。
【実施例６】
【００５２】
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。
【実施例７】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【実施例８】
【００５６】
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。
【実施例９】
【００５７】
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。
【実施例１０】
【００５８】
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。
【実施例１１】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003-121662号公報
【特許文献２】特開2003-161849号公報
【特許文献３】特開2004-354660号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管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。
この場合、前記中空ガラス管の内部には１個の光ファイバ本体が配置されていてもよく、複数個の光ファイバ本体が配置されていてもよい。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
さらに、前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、各貫通孔内に前記光ファイバ本体が配置されているとよい。この場合、貫通孔内には１個の光ファイバ本体が配置されていてもよく、複数の光ファイバ本体が配置されていてもよい。
上記光ファイバにおいては、前記ガラスコアをSiO2ガラスから構成することができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（第二のクラッド層）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図２】本発明の第２実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図３】本発明の第３実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図４】本発明の第４実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図５】本発明の第５実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図６】本発明の第６実施例に係る光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図７】本発明の第７実施例に係る光ファイバの横断面図。
【図８】本発明の第８実施例に係る光ファイバの横断面図。
【図９】本発明の第９実施例に係る光ファイババンドルの横断面図。
【図１０】本発明の第１０実施例に係る光ファイババンドルの横断面図。
【図１１】本発明の第１１実施例に係る光ファイバを示し、(a)は横断面図、(b)は外観図。
【図１２】従来の光ファイバを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【図１３】従来の光ファイバを束ねて構成した光ファイババンドルを示し、（a）は横断面図、（b）は外観図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例２】
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【実施例３】
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例４】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【実施例５】
【００５１】
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。
【実施例６】
【００５２】
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。
【実施例７】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【実施例８】
【００５６】
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。
【実施例９】
【００５７】
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。
【実施例１０】
【００５８】
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。
【実施例１１】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管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。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、該それぞれの貫通孔内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。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記ガラスコアはSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
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内周面に接することを特徴とする光ファイバ。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバにおいて、前記薄層はFかB2O3を添加したSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記中空ガラス管はSiO2ガラスか、FかB2O3を添加したSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記中空ガラス管は補強部材で被覆されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の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光ファイババンドル。
【請求項１】
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、
前記光ファイバ本体は、前記中空ガラス管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。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
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。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
前記中空ガラス管は内部に複数個の貫通孔を有し、該それぞれの貫通孔内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。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記ガラスコアはSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
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内周面に接することを特徴とする光ファイバ。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバにおいて、前記薄層はFかB2O3を添加したSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記中空ガラス管はSiO2ガラスか、FかB2O3を添加したSiO2ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記中空ガラス管は補強部材で被覆されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の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光ファイババンドル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−９３５２０（Ｐ２０１２−９３５２０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４０１２４（Ｐ２０１０−２４０１２４）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（３９２０１７００４）湖北工業株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（３９２０１７００４）湖北工業株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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