JP2015501443A - Color illumination display panel with light diffusion fiber - Google Patents

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Abstract

少なくとも１つの光拡散導波路（２１２，２１４）、および透明パネルであって、この透明パネルの少なくとも１つの主平面上に所定のパターンで設けられた少なくとも１つの発光団（２２０，２２２）を有する透明パネル（２１６）を有してなる照明カラー表示パネル（２１０）が提供される。少なくとも１つの光源からの光が導波路に結合され、この導波路からの光が、前記パネルの少なくとも１つのエッジでまたはそれに隣接してパネルに結合される。結果として得られた照明カラー表示パネルは、一般の照明目的と看板に有用である。At least one light diffusing waveguide (212, 214) and a transparent panel having at least one luminophore (220, 222) provided in a predetermined pattern on at least one main plane of the transparent panel; An illumination color display panel (210) comprising a transparent panel (216) is provided. Light from at least one light source is coupled to the waveguide, and light from the waveguide is coupled to the panel at or adjacent to at least one edge of the panel. The resulting illumination color display panel is useful for general illumination purposes and signage.

Description

関連出願の説明Explanation of related applications

本出願は、その内容がここに依拠され、全てがここに引用される、２０１１年１０月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／５４５７２０号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。   This application is incorporated herein by reference and is hereby incorporated by reference herein in its entirety under 35 USC §35, US Provisional Patent Application No. 61/545720, filed Oct. 11, 2011. Insist on the benefits of priority.

本開示は、看板または一般照明器具として使用するのに適した照明表示パネルに関する。   The present disclosure relates to an illumination display panel suitable for use as a signboard or a general lighting fixture.

様々なタイプの照明看板および汎用照明器具に、ネオン放電灯、白熱灯、蛍光灯、および発光ダイオードを含む多くの異なるタイプの光源が利用されてきた。また、照明系における光拡散光ファイバの使用が開示されてきた。しかしながら、看板用の照明カラー表示パネルでは、侵食環境において損傷と故障をより受けやすいディスプレイ構造である、プラズマおよび／またはＬＣＤ／ＬＥＤディスプレイなどの比較的高価なマトリクス・アドレス型ディスプレイ構造を使用せずには、高解像度の時間的に変化する多色表示が容易ではない。   Many different types of light sources have been utilized in various types of lighting signs and general lighting fixtures, including neon discharge lamps, incandescent lamps, fluorescent lamps, and light emitting diodes. Also, the use of light diffusing optical fibers in illumination systems has been disclosed. However, lighting color display panels for signboards do not use relatively expensive matrix-addressed display structures such as plasma and / or LCD / LED displays, which are more susceptible to damage and failure in erosive environments. However, it is not easy to display high-resolution multicolor display that changes with time.

ある実施の形態は、一般照明目的と看板の両方のための比較的安価な照明カラー表示パネルを提供するための代わりの技術を提供する。   Certain embodiments provide an alternative technique for providing a relatively inexpensive lighting color display panel for both general lighting purposes and billboards.

ある実施の形態によれば、少なくとも１つの光拡散導波路、その少なくとも１つの光拡散導波路に結合した少なくとも１つの光源、および透明パネルであって、この透明パネルの少なくとも１つの主平面上に所定のパターンで配置された少なくとも１つの発光団を有する透明パネルを備えた照明カラー表示パネルが提供される。導波路から放出された光は、パネルの少なくとも１つのエッジでまたはその近くでパネルに結合される。   According to one embodiment, at least one light diffusing waveguide, at least one light source coupled to the at least one light diffusing waveguide, and a transparent panel on at least one major plane of the transparent panel An illuminated color display panel is provided comprising a transparent panel having at least one luminophore arranged in a predetermined pattern. Light emitted from the waveguide is coupled to the panel at or near at least one edge of the panel.

ある実施の形態によれば、光源は、透明パネル上に配置された発光団により吸収され、選択された色に対応する異なる波長で発光団から再放出される紫外線源または青色光源であってよい。   According to certain embodiments, the light source may be an ultraviolet light source or a blue light source that is absorbed by a luminophore disposed on a transparent panel and re-emitted from the luminophore at a different wavelength corresponding to the selected color. .

ある他の実施の形態によれば、多色表示のために、異なる発光団の複数のパターンが設けられる。   According to certain other embodiments, multiple patterns of different luminophores are provided for multicolor display.

ある他の実施の形態によれば、複数の異なる光源が導波路に結合されて、少なくとも１つの発光団と相互作用する。   According to certain other embodiments, a plurality of different light sources are coupled to the waveguide and interact with at least one luminophore.

ある実施の形態によれば、異なる光源または単一光源の強度は、様々な望ましい視覚効果を作り出すために、個別か一緒のいずれで変えてもよい。   According to certain embodiments, the intensity of different light sources or single light sources may be varied individually or together to create various desirable visual effects.

いくつかの実施の形態において、複数の光拡散導波路は、束、リボンまたはケーブル内に配列され、光拡散導波路の各々は光源に結合されている。   In some embodiments, the plurality of light diffusing waveguides are arranged in bundles, ribbons or cables, each of the light diffusing waveguides being coupled to a light source.

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。   Additional features and advantages are set forth in the following detailed description, some of which are readily apparent to those skilled in the art from the description, or are described in the following detailed description, claims, and accompanying drawings. Will be recognized by implementing the embodiments described herein, including:

先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されていることを理解すべきである。添付図面は、さらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。   It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary only and are intended to provide an overview or skeleton for understanding the nature and characteristics of the claims. is there. The accompanying drawings are included for further understanding and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate one or more embodiments, and together with the description serve to explain the principles and operation of the various embodiments.

光拡散光ファイバの例示の実施の形態の一部分の側面図Side view of a portion of an exemplary embodiment of a light diffusing optical fiber 方向２−２に沿って見たときの、図１の光ファイバの断面図1 is a cross-sectional view of the optical fiber of FIG. 1 when viewed along direction 2-2. 光拡散ファイバの例示の実施の形態に関するファイバの半径に対する相対屈折率プロットRelative refractive index plot against fiber radius for an exemplary embodiment of a light diffusing fiber 光拡散ファイバの別の例示の実施の形態に関するファイバの半径に対する相対屈折率プロットRelative refractive index plot against fiber radius for another exemplary embodiment of a light diffusing fiber 光拡散ファイバの別の例示の実施の形態を示す断面図Sectional view showing another exemplary embodiment of a light diffusing fiber 波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表されたファイバ減衰（損失）を示すグラフGraph showing fiber attenuation (loss) in dB / m versus wavelength (nm) 波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表されたファイバ減衰（損失）を示すグラフGraph showing fiber attenuation (loss) in dB / m versus wavelength (nm) 単一ファイバ内の２回の光通過を利用するファイバ配置を示す説明図Explanatory drawing showing fiber placement utilizing two passes of light in a single fiber 均一な張力（例ａ）および可変張力（例ｂ）でファイバが製造された場合の、ファイバに沿った強度分布を示すグラフGraph showing the intensity distribution along the fiber when the fiber is manufactured with uniform tension (Example a) and variable tension (Example b) 白色インクを有する場合とインクを有さない場合の散乱分布関数を示すグラフGraph showing the scattering distribution function with and without white ink 図５に示されたファイバ（ファイバの後端に結合された反射鏡を有する）に関する散乱と、被覆に白色インクを利用したファイバに関する散乱を示すグラフGraph showing scattering for the fiber shown in FIG. 5 (having a reflector coupled to the back end of the fiber) and for the fiber utilizing white ink for coating. 照明系の例示の実施の形態を示す説明図Explanatory drawing which shows illustrative embodiment of an illumination system フラスコの形態にある生物学的槽と組み合わせて使用された照明系の例示の実施の形態の説明図Illustration of an exemplary embodiment of an illumination system used in combination with a biological bath in the form of a flask 平面ガラスパネル上に配置された発光団であって、平面パネルにそのエッジで結合した光拡散導波路から入る光で励起された発光団の説明図Illustration of a luminophore placed on a flat glass panel and excited by light entering from a light diffusion waveguide coupled to the flat panel at its edge 発光団の混合物が、光拡散導波路によりエッジで照明された平面パネル上に配置されている、代わりの実施の形態を示す説明図Explanatory drawing showing an alternative embodiment in which the mixture of luminophores is arranged on a flat panel illuminated at the edge by a light diffusing waveguide. 異なる波長の３つの異なる光源が単一の光拡散導波路に結合されている実施の形態の説明図Illustration of an embodiment in which three different light sources of different wavelengths are coupled to a single light diffusion waveguide 異なる波長の異なる光源が、束またはリボン内の３つの異なる光拡散導波路に結合されている代わりの実施の形態の説明図Illustration of an alternative embodiment in which different light sources of different wavelengths are coupled to three different light diffusion waveguides in a bundle or ribbon

ここで、その実施例が添付図面に図解されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、図面に亘り、同じ部品または同様の部品を称するために、同じ参照番号が使用される。   Reference will now be made in detail to the presently preferred embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts.

以下の実施例において、様々な改変および変更が特許請求の範囲の範囲内で行われてよく、異なる実施例の態様は、さらに別の実施例を達成するために異なる様式で組み合わせてもよい。したがって、請求項の真の範囲は、以下に限られないが、ここに記載された実施の形態を考慮して、本開示の全てから判断すべきである。   In the following examples, various modifications and changes may be made within the scope of the claims, and aspects of the different examples may be combined in different ways to achieve further examples. Accordingly, the true scope of the claims is not limited to the following, but should be determined from all of the disclosure in view of the embodiments described herein.

「可撓性光拡散導波路」という用語は、ファイバの側面から光を散乱または拡散して出し、よって、光が導波路のコアから導波路の外面を通って照明を提供するように導波されるために利用されるナノサイズ構造を利用した可撓性光導波路（例えば、光ファイバ）を称する。請求項に記載された主題の根底にある原理に関する概念が、ここに全てが引用される、米国特許出願第１２／９５００４５号（米国特許出願公開第２０１１／０１２２６４６Ａ１号）明細書に開示されている。   The term “flexible light diffusing waveguide” refers to scattering or diffusing light from the side of the fiber, thus guiding light from the core of the waveguide through the outer surface of the waveguide. It refers to a flexible optical waveguide (for example, an optical fiber) that uses a nano-sized structure that is used to achieve this. The concepts relating to the principles underlying the claimed subject matter are disclosed in U.S. Patent Application No. 12/950045 (U.S. Patent Application Publication No. 2011 / 0122646A1), which is hereby incorporated by reference in its entirety. .

「光源」という用語は、レーザ、発光ダイオード、または可視光範囲の波長内にあるか、または発光団と相互作用して、可視波長範囲の光を放出できる波長のいずれかである電磁放射線を放出できる他の構成要素を称する。   The term "light source" emits electromagnetic radiation that is either a laser, a light emitting diode, or a wavelength that is in the visible range of wavelengths or can interact with a luminophore to emit light in the visible range of wavelengths. Refers to other possible components.

「発光団」という用語は、発光を生じる原子または化合物であって、多種多様なフルオロフォアおよび蛍光体を含む原子または化合物を称する。   The term “luminophore” refers to an atom or compound that produces light emission and includes a wide variety of fluorophores and phosphors.

以下の用語および句は、ナノサイズの構造を有する光拡散ファイバに関して使用される。   The following terms and phrases are used for light diffusing fibers having a nano-sized structure.

「屈折率プロファイル」は、屈折率と導波路（ファイバ）の半径との間の関係である。   “Refractive index profile” is the relationship between refractive index and waveguide (fiber) radius.

「相対屈折率パーセント」は、
Δ（ｒ）％＝１００×［ｎ（ｒ）2−ｎREF 2］／２ｎ（ｒ）2
として定義され、式中、別記しない限り、ｎ（ｒ）は半径ｒでの屈折率である。屈折率パーセントは、別記しない限り、８５０ｎｍで定義される。１つの態様において、基準屈折率ｎREFは、８５０ｎｍでの１．４５２４９８の屈折率を有するシリカガラスであり、別の態様において、基準屈折率は、８５０ｎｍでのクラッドガラスの最大屈折率である。ここに用いたように、別記しない限り、相対屈折率はΔにより表され、その値は「％」の単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎREFより小さい場合、相対屈折率パーセントは負であり、低下領域または低下屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別記しない限り、相対屈折率が最も負である地点で計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎREFより大きい場合、相対屈折率パーセントは正であり、その領域は、上昇している、または正の屈折率を有すると言うことができる。 "Relative refractive index percentage"
Δ (r)% = 100 × [n (r) 2 −n REF 2 ] / 2n (r) 2
Where n (r) is the refractive index at radius r unless otherwise noted. The refractive index percentage is defined at 850 nm unless otherwise noted. In one aspect, the reference refractive index n REF is silica glass having a refractive index of 1.452498 at 850 nm, and in another aspect, the reference refractive index is the maximum refractive index of the cladding glass at 850 nm. As used herein, unless otherwise stated, the relative refractive index is represented by Δ and its value is given in units of “%”. If the refractive index of a region is less than the reference refractive index n REF , the relative refractive index percentage is negative and is referred to as having a reduced region or reduced refractive index, and the minimum relative refractive index is Calculated at the most negative point. If the refractive index of a region is greater than the reference refractive index n REF , the relative refractive index percentage is positive and it can be said that the region is rising or has a positive refractive index.

「アップドーパント(updopant)」は、ここでは、純粋な未ドープのＳｉＯ2に対して屈折率を上昇させる性質を有するドーパントと考えられる。「ダウンドーパント(downdopant)」は、ここでは、純粋な未ドープのＳｉＯ2に対して屈折率を低下させる性質を有するドーパントと考えられる。アップドーパントは、アップドーパントではない１種類以上の他のドーパントが含まれるときに、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。同様に、アップドーパントではない１種類以上の他のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１種類以上の他のドーパントが含まれるときに、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。 An “updopant” is considered herein as a dopant having the property of increasing the refractive index relative to pure undoped SiO 2 . A “downdopant” is considered herein as a dopant having the property of reducing the refractive index relative to pure undoped SiO 2 . An updopant may be present in a region of an optical fiber having a negative relative refractive index when one or more other dopants that are not updopants are included. Similarly, one or more other dopants that are not updopants may be present in the region of the optical fiber having a positive relative refractive index. A downdopant may be present in a region of an optical fiber having a positive relative refractive index when one or more other dopants that are not downdopants are included.

同様に、ダウンドーパントではない１種類以上の他のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。   Similarly, one or more other dopants that are not downdopants may be present in the region of the optical fiber having a negative relative refractive index.

「αプロファイル」または「アルファプロファイル」という用語は、ｒが半径である、「％」の単位で表されるΔ（ｒ）の観点で表される相対屈折率プロファイルであって、式
Δ（ｒ）＝Δ（ｒ0）（１−［｜ｒ−ｒ0｜／（ｒ1−ｒ0）］α）
に従い、式中、ｒ0は、Δ（ｒ）が最大である地点であり、ｒ1は、Δ（ｒ）％がゼロである地点であり、ｒは範囲ｒi≦ｒ≦ｒf内にあり、Δは先に定義されており、ｒiはαプロファイルの開始点であり、ｒfはαプロファイルの最終点であり、αは実数の指数である。 The term “α profile” or “alpha profile” is a relative refractive index profile expressed in terms of Δ (r) expressed in units of “%”, where r is a radius, and has the formula Δ (r ) = Δ (r 0 ) (1- [| r−r 0 | / (r 1 −r 0 )] α )
Where r 0 is the point where Δ (r) is maximum, r 1 is the point where Δ (r)% is zero, and r is in the range r i ≦ r ≦ r f . Yes, Δ is defined earlier, r i is the starting point of the α profile, r f is the final point of the α profile, and α is a real exponent.

したがって、ここに用いたように、「放物線」という用語は、コア内の１つ以上の地点で２．０のα値からわずかに変動してもよい実質的に放物線状の屈折率プロファイル、並びにわずかな変動および／または中心線の下落を有するプロファイルを含む。いくつかの例示の実施の形態において、αは、８５０ｎｍで測定して、１．５より大きくかつ２．５未満、より好ましくは１．７より大きくかつ２．３まで、さらにより好ましくは１．８と２．３の間である。他の実施の形態におい、屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントが、８５０ｎｍで測定して、８より大きい、より好ましくは１０より大きい、さらにより好ましくは２０より大きいα値を有する実質的にステップ型形状を有する。   Thus, as used herein, the term “parabola” refers to a substantially parabolic refractive index profile that may vary slightly from an α value of 2.0 at one or more points in the core, as well as Includes profiles with slight variations and / or centerline declines. In some exemplary embodiments, α is greater than 1.5 and less than 2.5, more preferably greater than 1.7 and up to 2.3, even more preferably 1. Measured at 850 nm. It is between 8 and 2.3. In other embodiments, the one or more segments of the refractive index profile substantially have an alpha value measured at 850 nm that is greater than 8, more preferably greater than 10, even more preferably greater than 20. It has a mold shape.

「ナノ構造のファイバ領域」という用語は、多数（５０より多い）の気体充満空隙、または他のナノサイズの構造、例えば、ファイバの断面における５０超、１００超、または２００超の空隙を有する領域または区域を有するファイバを描写する。気体充満空隙は、例えば、ＳＯ2、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2、またはそれらの混合物を含有してよい。ここに記載されたナノサイズ構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、１０ｎｍから１μｍ（例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ）で様々であってよく、その長さは、１ミリメートルから５０メートルまで（例えば、２ｍｍから５メートル、または５ｍｍから１ｍの範囲）で様々であってよい。 The term “nanostructured fiber region” refers to a number (greater than 50) of gas-filled voids, or other nano-sized structures, for example, regions having voids greater than 50, greater than 100, or greater than 200 in the fiber cross section. Or depict a fiber with an area. Gas filled voids, for example, SO 2, Kr, Ar, CO 2, N 2, O 2 , or may comprise a mixture thereof. The cross-sectional size (eg, diameter) of the nano-sized structures (eg, voids) described herein can vary from 10 nm to 1 μm (eg, 50 nm to 500 nm), with a length of 1 millimeter to 50 meters. Up to (for example, in the range of 2 mm to 5 meters, or 5 mm to 1 m).

標準的な単一モードまたは多モードの光ファイバにおいて、１３００ｎｍ未満の波長での損失はレイリー散乱により占められる。これらのレイリー散乱損失Ｌsは、材料の性質により決まり、典型的に、可視波長（４００〜７００ｎｍ）では約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失は強力な波長依存性も有し（すなわち、Ｌs∝ｌ／λ4、図４Ｂ、比較ファイバＡを参照）、これは、入力光の９５％超を消散させるためには、少なくとも約１ｋｍから２ｋｍのファイバが必要であることを意味する。より短い長さのそのようなファイバでは、照明効率がより低下するであろうのに対し、長い長さ（１ｋｍから２ｋｍ、またはそれ以上）を使用すると、より費用がかかり、管理するのが難しくなり得る。長い長さのファイバを、バイオリアクタまたは他の照明系で使用すると、取付けが厄介であろう。 In standard single mode or multimode optical fibers, losses at wavelengths below 1300 nm are accounted for by Rayleigh scattering. These Rayleigh scattering losses L s depend on the nature of the material and are typically about 20 dB / km at visible wavelengths (400-700 nm). Rayleigh scattering loss also has a strong wavelength dependence (ie L s ∝1 / λ 4 , see FIG. 4B, comparative fiber A), which is at least to dissipate more than 95% of the input light. This means that a fiber of about 1 km to 2 km is required. Shorter lengths of such fibers will result in lower illumination efficiency, whereas using longer lengths (1 km to 2 km or more) is more expensive and difficult to manage Can be. Using long lengths of fibers in bioreactors or other lighting systems can be cumbersome to install.

照明用途のある構成において、より短い長さ、例えば、１〜１００メートルのファイバを使用することが望ましい。これには、ファイバからの散乱損失の増加が必要とされるのに対し、良好な角散乱特性（ファイバの軸から離れる光の均一な消散）およびファイバの曲げ部での輝点を避けるための良好な曲げ性能を維持することができる。ここに記載された実施の形態の少なくともいくつかの望ましい属性は、ファイバ照明器の長手方向に沿って均一であり、高照度である。光ファイバは可撓性であるので、幅広い照明形状を展開することができる。ファイバの曲げ地点で（高い曲げ損失による）輝点を持たず、よって、ファイバにより提供される照明が、３０％を超えて変動しない、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満しか変動しないことが好ましい。例えば、少なくともいくつかの実施の形態において、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．２ｍの長さの任意の所定のファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない（すなわち、散乱損失は平均散乱損失の±３０％以内である）。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０５ｍ未満の長さのファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０１ｍの長さのファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない（すなわち、±３０％）。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０５ｍ未満の長さのファイバセグメントに亘り２０％を超えて変動せず（すなわち、±２０％）、好ましくは１０％以下しか変動しない（すなわち、±１０％）。   In certain configurations for lighting applications, it is desirable to use shorter length fibers, for example 1-100 meters. This requires increased scattering loss from the fiber, while avoiding good angular scattering properties (uniform dissipation of light away from the fiber axis) and bright spots at the fiber bends. Good bending performance can be maintained. At least some desirable attributes of the embodiments described herein are uniform along the longitudinal direction of the fiber illuminator and high illumination. Since the optical fiber is flexible, a wide variety of illumination shapes can be developed. Does not have a bright spot at the fiber bending point (due to high bending loss), so the illumination provided by the fiber does not vary more than 30%, preferably less than 20%, more preferably less than 10% It is preferable. For example, in at least some embodiments, the average scattering loss of the fiber is greater than 50 dB / km, and the scattering loss does not vary by more than 30% over any given fiber segment that is 0.2 m long. (Ie, the scattering loss is within ± 30% of the average scattering loss). According to at least some embodiments, the average scattering loss of the fiber is greater than 50 dB / km, and the scattering loss does not vary more than 30% over a fiber segment with a length of less than 0.05 m. According to at least some embodiments, the average scattering loss of the fiber is greater than 50 dB / km and the scattering loss does not vary by more than 30% over a 0.01 m long fiber segment (ie, ± 30%). According to at least some embodiments, the average scattering loss of the fiber is greater than 50 dB / km, and the scattering loss does not vary by more than 20% over a length of less than 0.05 m of fiber segment (ie, , ± 20%), preferably only 10% or less (ie ± 10%).

少なくともいくつかの実施の形態において、ファイバの側面を通って入る積分（拡散）光強度の強度変動は、ファイバの目標長さについて３０％未満であり、この目標長さは、例えば、０．０２〜１００ｍの長さであり得る。特定の照明波長でファイバの側面を通る積分光の強度は、クラッドまたは被覆中に蛍光物質を組み込むことによって変えることができる。蛍光物質による光散乱の波長は、ファイバ中を伝搬する光の波長とは異なる。   In at least some embodiments, the intensity variation of the integrated (diffused) light intensity entering through the side of the fiber is less than 30% for the target length of the fiber, for example, 0.02 Can be up to 100 m long. The intensity of the integrated light through the side of the fiber at a particular illumination wavelength can be varied by incorporating a fluorescent material in the cladding or coating. The wavelength of light scattering by the fluorescent material is different from the wavelength of light propagating in the fiber.

以下の例示の実施の形態のいくつかにおいて、ファイバのコア区域に、またはコアの非常に近くに配置されたナノ構造ファイバ領域（ナノサイズ構造を有する領域）を有するファイバ設計について記載する。ファイバの実施の形態のいくつかは、５０ｄＢ／ｋｍを上回る（例えば、１００ｄＢ／ｋｍ超、２００ｄＢ／ｋｍ超、５００ｄＢ／ｋｍ超、１０００ｄＢ／ｋｍ超、３０００ｄＢ／ｋｍ超、５０００ｄＢ／ｋｍ超の）散乱損失を有し、その散乱損失（およびそれゆえ照明、またはこれらのファイバにより照射される光）は角度間隔で均一である。   In some of the exemplary embodiments below, fiber designs are described having nanostructured fiber regions (regions having nano-sized structures) located in or very close to the core region of the fiber. Some of the fiber embodiments are scattered above 50 dB / km (eg,> 100 dB / km,> 200 dB / km,> 500 dB / km,> 1000 dB / km,> 3000 dB / km,> 5000 dB / km) Loss, and its scattering loss (and hence illumination, or light emitted by these fibers) is uniform in angular spacing.

ファイバにおける曲げ部での輝点を減少させるまたはなくすために、ファイバにおける９０°の曲げでの減衰の増加は、曲げ直径が５０ｍｍ未満である場合、５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満（例えば、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、１ｄＢ／ｔｕｒｎ未満）であことが望ましい。例示の実施の形態において、これらの低い曲げ損失は、さらに小さい曲げ直径、例えば、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、さらには５ｍｍ未満で達成される。減衰の総増加が、５ｍｍの曲げ半径で９０度の曲げ当たり１ｄＢ未満であることが好ましい。   To reduce or eliminate bright spots at the bend in the fiber, the increase in attenuation at 90 ° bend in the fiber is less than 5 dB / turn (eg, less than 3 dB / turn, when the bend diameter is less than 50 mm, Desirably, it is less than 2 dB / turn and less than 1 dB / turn. In exemplary embodiments, these low bending losses are achieved with even smaller bending diameters, for example, less than 20 mm, less than 10 mm, and even less than 5 mm. Preferably, the total increase in attenuation is less than 1 dB per 90 degree bend at a bend radius of 5 mm.

いくつかの実施の形態によれば、曲げ損失は、真っ直ぐなファイバのコアからの固有散乱損失と等しいまたはそれより低いことが好ましい。固有損失は主に、ナノサイズ構造からの散乱によるものである。それゆえ、少なくとも光ファイバの曲げに対して感度の低い実施の形態によれば、曲げ損失は、ファイバの固有散乱を超えない。しかしながら、散乱レベルは曲げ直径の関数であるので、ファイバの曲げ部の配置は、その散乱レベルに依存する。例えば、実施の形態のいくつかにおいて、ファイバは、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、好ましくは２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を有し、ファイバは、輝点を形成せずに、５ｍｍの半径ほど小さい半径を有する円弧に曲げることができる。   According to some embodiments, the bending loss is preferably equal to or lower than the intrinsic scattering loss from the straight fiber core. Intrinsic losses are mainly due to scattering from nano-sized structures. Therefore, according to an embodiment that is at least insensitive to optical fiber bending, the bending loss does not exceed the inherent scattering of the fiber. However, since the scattering level is a function of the bending diameter, the placement of the fiber bend depends on the scattering level. For example, in some embodiments, the fiber has a bending loss of less than 3 dB / turn, preferably less than 2 dB / turn, and the fiber has a radius as small as 5 mm without forming a bright spot. Can be bent into an arc.

図１は、中心軸（「中心線」）１６を有する光拡散光ファイバ（以後、「ファイバ」）１２のコアに複数の空隙を有する光拡散ファイバの例示の実施の形態の一部分の説明のための側面図である。図２は、図１の方向２−２に沿って見た場合の光拡散光ファイバ１２の説明のための断面図である。光拡散ファイバ１２は、例えば、周期的または非周期的ナノサイズ構造３２（例えば、空隙）を有するナノサイズファイバ領域を持つ様々なタイプの光ファイバのいずれの１つであって差し支えない。例示の実施の形態において、ファイバ１２は、３つの部分または領域に分割されたコア２０を有する。これらのコア領域は、中実中央部分２２、ナノ構造リング部分（内側環状コア領域）２６、および内側環状コア領域２６を取り囲む外側中実部分２８である。クラッド領域４０（「クラッド」）は、環状コア２０を取り囲み、外面を有する。クラッド４０は、高い開口数（ＮＡ）を提供するために低い屈折率を有してもよい。クラッド４０は、例えば、ＵＶまたは熱硬化性フルオロアクリレートまたはシリコーンなどの低屈折率ポリマーであって差し支えない。   FIG. 1 is for illustration of a portion of an exemplary embodiment of a light diffusing fiber having a plurality of air gaps in the core of a light diffusing optical fiber (hereinafter “fiber”) 12 having a central axis (“center line”) 16. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the light diffusing optical fiber 12 when viewed along the direction 2-2 in FIG. The light diffusing fiber 12 can be any one of various types of optical fibers having a nanosized fiber region having, for example, periodic or aperiodic nanosized structures 32 (eg, voids). In the illustrated embodiment, the fiber 12 has a core 20 that is divided into three portions or regions. These core regions are a solid central portion 22, a nanostructure ring portion (inner annular core region) 26, and an outer solid portion 28 that surrounds the inner annular core region 26. A cladding region 40 (“cladding”) surrounds the annular core 20 and has an outer surface. The cladding 40 may have a low refractive index to provide a high numerical aperture (NA). The cladding 40 can be a low refractive index polymer such as, for example, UV or thermosetting fluoroacrylate or silicone.

随意的な被覆４４がクラッド４０を取り囲んでいる。被覆４４は、低い弾性率の一次被覆層および高い弾性率の二次被覆層を含んでもよい。少なくともいくつかの実施の形態において、被覆４４は、アクリレート系またはシリコーン系ポリマーなどのポリマー被覆を含む。少なくともいくつかの実施の形態において、その被覆は、ファイバの長手方向に沿って一定の直径を有する。   An optional coating 44 surrounds the cladding 40. The coating 44 may include a low modulus primary coating layer and a high modulus secondary coating layer. In at least some embodiments, the coating 44 includes a polymer coating, such as an acrylate-based or silicone-based polymer. In at least some embodiments, the coating has a constant diameter along the length of the fiber.

下記に記載される他の例示の実施の形態において、被覆４４は、コア２０からクラッド４０に通過する「放射光」の分布および／または性質を向上させるように設計されている。クラッド４０の外面または随意的な被覆４４の外面は、ファイバ１２の「側面」４８を表し、そこを通って、ファイバを移動する光は、ここに記載されるように、散乱によって出る。   In other exemplary embodiments described below, the coating 44 is designed to improve the distribution and / or nature of the “radiant light” passing from the core 20 to the cladding 40. The outer surface of the cladding 40 or the outer surface of the optional coating 44 represents the “side” 48 of the fiber 12 through which light traveling through the fiber exits by scattering, as described herein.

保護カバーまたはシース（図示せず）がクラッド４０を必要に応じて覆う。ファイバ１２はフッ素化クラッド４０を含んでもよいが、漏れ損失により照明特性が低下しない長さの短い用途にファイバを使用する場合には、フッ素化クラッドは必要ない。   A protective cover or sheath (not shown) covers the cladding 40 as needed. The fiber 12 may include a fluorinated cladding 40, but the fluorinated cladding is not required when the fiber is used for short length applications where the illumination characteristics are not degraded by leakage losses.

いくつかの例示の実施の形態において、光拡散ファイバ１２のコア領域２６はガラス基質（「ガラス」）３１を含み、図２の拡大された挿入図に詳しく示されている例示の空隙などの非周期的に配置された複数のナノサイズ構造（例えば、「空隙」）３２がその中に位置している。別の例示の実施の形態において、空隙３２は、フォトニック結晶光ファイバにおけるように周期的に配置されていてもよく、この空隙は典型的に、約１×１０-6ｍと１×１０-5ｍの間の直径を有する。空隙３２は、非周期的すなわち無作為に配置されていてよい。いくつかの例示の実施の形態において、領域２６におけるガラス３１はフッ素ドープトシリカであるのに対し、他の実施の形態において、そのガラスは未ドープの純粋なシリカである。空隙の直径が少なくとも１０ｎｍであることが好ましい。 In some exemplary embodiments, the core region 26 of the light diffusing fiber 12 includes a glass substrate (“glass”) 31 that is non-existing, such as the exemplary air gap shown in detail in the enlarged inset of FIG. A plurality of periodically arranged nano-sized structures (eg, “voids”) 32 are located therein. In another exemplary embodiment, the air gaps 32 may be arranged periodically as in photonic crystal optical fibers, which air gaps are typically about 1 × 10 −6 m and 1 × 10 − Having a diameter between 5 m. The air gaps 32 may be non-periodically or randomly arranged. In some exemplary embodiments, glass 31 in region 26 is fluorine doped silica, while in other embodiments, the glass is undoped pure silica. It is preferred that the void diameter is at least 10 nm.

ナノサイズ構造３２は、コア２０からファイバの外面に向かって光を散乱させる。次いで、散乱光は、ファイバ１２の外面を通って「拡散されて」、所望の照明を提供する。すなわち、光のほとんどは、ファイバの長手方向に沿って、ファイバ１２の側面を通って拡散される（散乱により）。ファイバがその長さに亘り実質的に均一な放射線を放出し、ファイバが、放出された放射線の波長（照明波長）において５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有することが好ましい。散乱誘起減衰がこの波長で１００ｄＢ／ｋｍ超であることが好ましい。いくつかの実施の形態において、散乱誘起減衰は、この波長で５００ｄＢ／ｋｍ超であり、いくつかの実施の形態において、１０００ｄＢ／ｋｍ超、２０００ｄＢ／ｋｍ超、または５０００ｄＢ／ｋｍ超である。これらの高い散乱損失は、標準的な単一モードおよび多モードの光ファイバにおけるレイリー散乱損失よりも約２．５から２５０倍大きい。   The nano-sized structure 32 scatters light from the core 20 toward the outer surface of the fiber. The scattered light is then “diffused” through the outer surface of the fiber 12 to provide the desired illumination. That is, most of the light is diffused (by scattering) through the sides of the fiber 12 along the length of the fiber. Preferably, the fiber emits substantially uniform radiation over its length, and the fiber has a scattering-induced attenuation greater than 50 dB / km at the wavelength of the emitted radiation (illumination wavelength). It is preferred that the scattering-induced attenuation is greater than 100 dB / km at this wavelength. In some embodiments, the scattering-induced attenuation is greater than 500 dB / km at this wavelength, and in some embodiments, greater than 1000 dB / km, greater than 2000 dB / km, or greater than 5000 dB / km. These high scattering losses are about 2.5 to 250 times greater than Rayleigh scattering losses in standard single mode and multimode optical fibers.

コア領域２２および２８におけるガラスは、Ｇｅ、Ａｌ、および／またはＰなどのアップドーパントを含んでもよい。「非周期的に配置された」または「非周期的分布」により、光ファイバの（図２に示されるような）断面をとったときに、空隙３２がファイバの一部に亘り無作為にすなわち非周期的に分布していることを意味する。ファイバの長手方向に沿った異なる地点でとられた類似の断面は、異なる断面空隙パターンを示す、すなわち、様々な断面は異なる空隙パターンを有し、空隙の分布と空隙のサイズは一致しない。すなわち、空隙は非周期的である、すなわち、それらは、ファイバ構造内に周期的に配置されていない。これらの空隙は、光ファイバの長手方向に沿って（すなわち、縦軸に対して平行に）引き伸ばされて（細長くなって）いるが、伝送ファイバの一般的な長さについて、ファイバ全体の全長に延在しない。理論により拘束することを意図するものではないが、空隙は１０メートル未満しか、多くの場合には、ファイバの長手方向に沿って１メートル未満しか延在しないと考えられる。   The glass in the core regions 22 and 28 may include an updopant such as Ge, Al, and / or P. Due to “non-periodically arranged” or “non-periodic distribution”, when taking a cross-section (as shown in FIG. 2) of the optical fiber, the air gap 32 is randomly spread over a portion of the fiber, ie Means non-periodic distribution. Similar cross sections taken at different points along the length of the fiber show different cross-sectional void patterns, i.e. various cross-sections have different void patterns, and the distribution of the voids and the size of the voids do not match. That is, the air gaps are aperiodic, i.e. they are not periodically arranged in the fiber structure. These gaps are stretched (elongated) along the length of the optical fiber (ie parallel to the longitudinal axis), but for the general length of the transmission fiber, Does not extend. While not intending to be bound by theory, it is believed that the air gap extends less than 10 meters, and often less than 1 meter along the length of the fiber.

以下に論じられる照明系においてここに使用される光拡散ファイバ１２は、固結されたガラスブランクにおいて多量の気体が捕捉され、それによって、固結ガラス製光ファイバプリフォームにおいて空隙を形成するプリフォーム固結条件を利用する方法によって、製造することができる。これらの空隙を除去するための工程をとらずに、結果として得られたプリフォームを使用して、その中に空隙、すなわちナノサイズ構造を有する光ファイバを形成する。得られたファイバのナノサイズ構造または空隙は、ファイバの長手方向に沿って、ファイバから、その側面を通じて光を散乱させる、または導くために用いられる。すなわち、その光は、コア２０から離れて、ファイバの外面を通じて導波されて、所望の照明を提供する。   The light diffusing fiber 12 used herein in the illumination system discussed below is a preform that traps a large amount of gas in the consolidated glass blank, thereby forming a void in the consolidated glass optical fiber preform. It can be manufactured by a method that uses consolidation conditions. Without taking steps to remove these voids, the resulting preform is used to form voids, ie, an optical fiber having a nano-sized structure therein. The resulting nano-sized structure or void of the fiber is used to scatter or guide light from the fiber through its side along the length of the fiber. That is, the light is guided away from the core 20 and through the outer surface of the fiber to provide the desired illumination.

ここに用いたように、空隙などのナノサイズ構造の直径は、ナノサイズ構造内に収容された最長の線セグメントであり、その端点は、光ファイバが、ファイバの縦軸を横断する垂直断面で見たときに、ナノサイズ構造の境界にある。ナノサイズ空隙を有する光ファイバを製造する方法が、例えば、ここに引用する米国特許出願第１１／５８３０９８号（米国特許出願公開第２００７／０１０４４３７Ａ１号）明細書に記載されている。   As used herein, the diameter of a nanosized structure, such as a void, is the longest line segment contained within the nanosized structure, and its endpoint is a vertical cross section where the optical fiber crosses the longitudinal axis of the fiber. When viewed, it is at the boundary of the nano-sized structure. A method of manufacturing an optical fiber having nano-sized voids is described, for example, in US patent application Ser. No. 11/583098 (U.S. Patent Application Publication No. 2007/0104437 A1) cited herein.

上述したように、ファイバ１２のいくつかの実施の形態において、コア部分２２および２８は、ゲルマニウムがドープされたシリカ、すなわち、ゲルマニアドープトシリカからなる。ゲルマニウム以外のドーパントが、単独でまたは組合せで、コア内に、特に光ファイバの中心線１６にまたはその近くに用いられて、所望の屈折率と密度を得てもよい。少なくともいくつかの実施の形態において、ここに開示された光ファイバの相対屈折率プロファイルは、部分２２および２８において負ではない。これらのドーパントは、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ、Ｇｅ、またはそれらの組合せであってよい。少なくともいくつかの実施の形態において、光ファイバは、コアに屈折率減少ドーパントを含有しない。いくつかの実施の形態において、ここに開示された光ファイバの相対屈折率プロファイルは、部分２２、２４および２８において負ではない。   As mentioned above, in some embodiments of the fiber 12, the core portions 22 and 28 are composed of germanium-doped silica, ie germania-doped silica. Dopants other than germanium, alone or in combination, may be used in the core, particularly at or near the centerline 16 of the optical fiber, to obtain the desired refractive index and density. In at least some embodiments, the relative refractive index profile of the optical fiber disclosed herein is not negative in portions 22 and 28. These dopants can be, for example, Al, Ti, P, Ge, or combinations thereof. In at least some embodiments, the optical fiber does not contain a refractive index reducing dopant in the core. In some embodiments, the relative refractive index profile of the optical fiber disclosed herein is not negative in portions 22, 24 and 28.

ここに使用したファイバ１２のいくつかの例において、コア２０は純粋なシリカからなる。１つの実施の形態において、ファイバの好ましい属性は、生物学的物質の感受性がある所望のスペクトル範囲の光をファイバから散乱させる（光を拡散させる）能力である。別の実施の形態において、散乱光は、装飾的特徴および白色光用途に使用してもよい。散乱による損失の量は、ファイバ中のガラスの性質、ナノ構造領域２６の幅、およびナノサイズ構造のサイズと密度を変えることによって増加させることができる。   In some examples of fiber 12 used herein, core 20 is made of pure silica. In one embodiment, the preferred attribute of the fiber is the ability to scatter (scatter the light) light from the fiber in the desired spectral range sensitive to biological material. In another embodiment, the scattered light may be used for decorative features and white light applications. The amount of loss due to scattering can be increased by changing the nature of the glass in the fiber, the width of the nanostructure region 26, and the size and density of the nanosize structure.

ここに使用したファイバ１２のいくつかの例において、コア２０はグレーデッド型コアであり、そのコアの屈折率プロファイルは、放物線（または実質的に放物線）形状を有することが好ましい；例えば、いくつかの実施の形態において、コア２０の屈折率プロファイルは、８５０ｎｍで測定して、約２の、好ましくは１．８と２．３の間のα値を有するα形状を有する。他の実施の形態において、屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントは、８５０ｎｍで測定して、８超の、より好ましくは１０超の、さらにより好ましくは２０超のα値を有する実質的にステップ型形状を有する。いくつかの実施の形態において、コアの屈折率は、中心線の下落を有してよく、ここで、コアの最大屈折率、および全光ファイバの最大屈折率は、中心線１６からわずかな距離だけ離れて位置しているが、他の実施の形態において、コアの屈折率は、中心線の下落は有さず、コアの最大屈折率、および全光ファイバの最大屈折率は、中心線に位置している。   In some examples of fiber 12 used herein, core 20 is a graded core, and the refractive index profile of the core preferably has a parabolic (or substantially parabolic) shape; In this embodiment, the refractive index profile of the core 20 has an α shape having an α value of about 2, preferably between 1.8 and 2.3, measured at 850 nm. In other embodiments, the one or more segments of the refractive index profile are substantially step having an alpha value measured at 850 nm that is greater than 8, more preferably greater than 10, even more preferably greater than 20. It has a mold shape. In some embodiments, the refractive index of the core may have a centerline drop, where the maximum refractive index of the core, and the maximum refractive index of all optical fibers are a small distance from the centerline 16. In other embodiments, the refractive index of the core has no drop in the centerline, but the maximum refractive index of the core and the maximum refractive index of all optical fibers are positioned.

例示の実施の形態において、ファイバ１２は、シリカ系コア２０および屈折率が（シリカに対して）低下したポリマークラッド４０を有する。低屈折率ポリマークラッド４０は、好ましくは負の、より好ましくは−０．５％未満の、さらにより好ましくは−１％未満の相対屈折率を有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッド４０は、２０μｍ以上の厚さを有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッド４０は、コアより低い屈折率、および１０μｍ以上の（例えば、２０μｍ以上の）厚さを有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッドは、外径の２倍のＲmax、例えば、約１２５μｍ（例えば、１２０μｍから１３０μｍ、または１２３μｍから１２８μｍ）のＲmaxを有する。他の実施の形態において、クラッドは、１２０μｍ未満、例えば、６０または８０μｍの直径を有する。他の実施の形態において、クラッドの外径は、２００μｍ超、３００μｍ超、または５００μｍ超である。いくつかの実施の形態において、クラッドの外径は、ファイバ１２の長手方向に沿って一定の直径を有する。いくつかの実施の形態において、ファイバ１２の屈折率は放射対称である。コア２０の外径２Ｒ3がファイバの長手方向に沿って一定であることが好ましい。コア部分２２、２６、２８の外径も、ファイバの長手方向に沿って一定であることが好ましい。一定により、平均値に対する直径の変動は、１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは２％未満であることを意味する。図３Ａは、図２に示された例示のファイバ１２に関するファイバの半径に対する例示の相対屈折率Δのプロット（実線）である。コア２０は、例えば、１．８と２．３の間（例えば、１．８から２．１）のα値を有する、αプロファイルを有するクレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。 In the illustrated embodiment, the fiber 12 has a silica-based core 20 and a polymer cladding 40 with a reduced refractive index (relative to silica). The low refractive index polymer cladding 40 preferably has a relative refractive index that is negative, more preferably less than -0.5%, and even more preferably less than -1%. In some exemplary embodiments, the cladding 40 has a thickness of 20 μm or more. In some exemplary embodiments, the cladding 40 has a lower refractive index than the core and a thickness of 10 μm or more (eg, 20 μm or more). In some exemplary embodiments, the cladding has twice the R max outer diameter, for example, the R max of about 125 [mu] m (e.g., 128 .mu.m from 130μm or 123Myuemu, from 120 [mu] m). In other embodiments, the cladding has a diameter of less than 120 μm, such as 60 or 80 μm. In other embodiments, the outer diameter of the cladding is greater than 200 μm, greater than 300 μm, or greater than 500 μm. In some embodiments, the outer diameter of the cladding has a constant diameter along the length of the fiber 12. In some embodiments, the refractive index of the fiber 12 is radially symmetric. The outer diameter 2R 3 of the core 20 is preferably constant along the longitudinal direction of the fiber. The outer diameter of the core portions 22, 26, 28 is also preferably constant along the length of the fiber. By constant, it means that the variation in diameter relative to the mean value is less than 10%, preferably less than 5%, more preferably less than 2%. FIG. 3A is a plot (solid line) of an exemplary relative refractive index Δ versus fiber radius for the exemplary fiber 12 shown in FIG. The core 20 may have a crazed core profile having an α profile, for example, having an α value between 1.8 and 2.3 (eg, 1.8 to 2.1).

図３Ａは、図２に示された例示のファイバ１２に関するファイバの半径に対する例示の相対屈折率Δのプロット（実線）である。コア２０は、例えば、１．７と２．３の間（例えば、１．８から２．１）のα値により特徴付けられる、クレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。代わりの例示の屈折率プロファイルが点線により示されている。コア領域２２は、中心線から放射状に外側に外径Ｒ１まで延在し、最大屈折率ｎ1に対応する相対屈折率プロファイルΔ1（ｒ）（および相対屈折率パーセントΔ1MAX）を有する。この実施の形態において、基準屈折率ｎREFは、クラッドの屈折率である。第２のコア領域（ナノ構造領域）２６は、最小相対屈折率ｎ2、相対屈折率プロファイルΔ2（ｒ）、最大屈折率Δ2MAX、および最小相対屈折率Δ2MINを有し、いくつかの実施の形態において、Δ2MAX＝Δ2MINである。第３のコア領域２８は、最大屈折率ｎ3と、最大屈折率Δ3MAX、および最小相対屈折率Δ3MINを有する相対屈折率プロファイルΔ3（ｒ）とを有し、Δ3MAX＝Δ3MINである。この実施の形態において、環状クラッド４０は、屈折率ｎ4と、最大屈折率Δ4MAX、および最小相対屈折率Δ4MINを有する相対屈折率プロファイルΔ4（ｒ）とを有する。いくつかの実施の形態において、Δ4MAX＝Δ4MINである。いくつかの実施の形態において、Δ1MAX＞Δ4MAXおよびΔ3MAX＞Δ4MAXである。いくつかの実施の形態において、Δ2MAX＞Δ4MAXである。図２および３Ａに示された実施の形態において、Δ1MAX＞Δ3MAX＞Δ2MAX＞Δ4MAXである。この実施の形態において、これらの領域の屈折率は以下の関係を有する：ｎ1＞ｎ3＞ｎ2＞ｎ4。 FIG. 3A is a plot (solid line) of an exemplary relative refractive index Δ versus fiber radius for the exemplary fiber 12 shown in FIG. The core 20 may have a crazed core profile characterized by an alpha value between, for example, 1.7 and 2.3 (eg, 1.8 to 2.1). An alternative exemplary refractive index profile is indicated by a dotted line. The core region 22 extends radially outward from the center line to the outer diameter R 1 and has a relative refractive index profile Δ 1 (r) (and relative refractive index percentage Δ 1MAX ) corresponding to the maximum refractive index n 1 . In this embodiment, the reference refractive index n REF is the refractive index of the cladding. The second core region (nanostructure region) 26 has a minimum relative refractive index n 2 , a relative refractive index profile Δ 2 (r), a maximum refractive index Δ 2MAX , and a minimum relative refractive index Δ 2MIN . In the embodiment, Δ 2MAX = Δ 2MIN . The third core region 28 has a maximum refractive index n 3 and a relative refractive index profile Δ 3 (r) having a maximum refractive index Δ 3MAX and a minimum relative refractive index Δ 3MIN , where Δ 3MAX = Δ 3MIN is there. In this embodiment, the annular cladding 40 has a refractive index n 4 and a relative refractive index profile Δ 4 (r) having a maximum refractive index Δ 4MAX and a minimum relative refractive index Δ 4MIN . In some embodiments, Δ 4MAX = Δ 4MIN . In some embodiments, Δ 1MAX > Δ 4MAX and Δ 3MAX > Δ 4MAX . In some embodiments, Δ 2MAX > Δ 4MAX . In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3A, Δ 1MAX > Δ 3MAX > Δ 2MAX > Δ 4MAX . In this embodiment, the refractive indices of these regions have the following relationship: n 1 > n 3 > n 2 > n 4 .

いくつかの実施の形態において、コア領域２２、２８は、Δ1（ｒ）およびΔ3（ｒ）が一定である図３Ａに示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、Δ2（ｒ）は、わずかに正であるか（０＜Δ2（ｒ）＜０．１%）、わずかに負であか（−０．１％＜Δ2（ｒ）＜０）、または０％のいずれかである。いくつかの実施の形態において、Δ2（ｒ）の絶対大きさは、０．１％未満、好ましくは０．０５％未満である。いくつかの実施の形態において、外側のクラッド領域４０は、Δ4（ｒ）が一定である図３Ａに示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、Δ4（ｒ）＝０％である。コア部分２２は、Δ1（ｒ）≧０％である屈折率を有する。いくつかの実施の形態において、空隙充満領域２６は、絶対大きさが０．０５％未満である負の屈折率を有する相対屈折率プロファイルΔ2（ｒ）を有し、コア領域２８のΔ3（ｒ）は、例えば、正またはゼロであって差し支えない。少なくともいくつかの実施の形態において、ｎ1＞ｎ2およびｎ3＞ｎ4である。 In some embodiments, the core regions 22, 28 have a substantially constant refractive index profile, as shown in FIG. 3A, where Δ 1 (r) and Δ 3 (r) are constant. In some of these embodiments, Δ 2 (r) is slightly positive (0 <Δ 2 (r) <0.1%) or slightly negative (−0.1% <0.1). Δ 2 (r) <0), or 0%. In some embodiments, the absolute magnitude of Δ 2 (r) is less than 0.1%, preferably less than 0.05%. In some embodiments, the outer cladding region 40 has a substantially constant refractive index profile, as shown in FIG. 3A, where Δ 4 (r) is constant. In some of these embodiments, Δ 4 (r) = 0%. The core portion 22 has a refractive index that is Δ 1 (r) ≧ 0%. In some embodiments, the void-filled region 26 has a relative refractive index profile Δ 2 (r) with a negative refractive index that is less than 0.05% in absolute magnitude, and Δ 3 in the core region 28. (R) can be positive or zero, for example. In at least some embodiments, n 1 > n 2 and n 3 > n 4 .

いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、屈折率−０．０５％＜Δ4（ｒ）＜０．０５％を有する。他の実施の形態において、クラッド４０およびコア部分２０、２６および２８は、純粋な（未ドープの）シリカからなってもよい。 In some embodiments, the cladding 40 has a refractive index −0.05% <Δ 4 (r) <0.05%. In other embodiments, the cladding 40 and the core portions 20, 26 and 28 may consist of pure (undoped) silica.

いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、純粋なシリカまたはＦドープトシリカからなる。いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、純粋な低屈折率ポリマーからなる。いくつかの実施の形態において、ナノ構造領域２６は、複数の空隙３２を含む純粋なシリカからなる。ナノ構造領域２６の最小相対屈折率および平均有効相対屈折率は、空隙の存在を考慮すると、両方とも、−０．１％未満である。空隙または空隙３２は、アルゴン、窒素、酸素、クリプトン、またはＳＯ2などの１種類以上の気体を含有してもよく、もしくは実質的に気体を含まない真空であっても差し支えない。しかしながら、気体の存在または不在にかかわらず、ナノ構造領域２６の平均屈折率は、空隙３２の存在により低下している。空隙３２は、ナノ構造領域２６において無作為に、すなわち非周期的に配置されて差し支えなく、他の実施の形態において、空隙はその中に周期的に配置されている。 In some embodiments, the cladding 40 is composed of pure silica or F-doped silica. In some embodiments, the cladding 40 is made of pure low refractive index polymer. In some embodiments, the nanostructured region 26 consists of pure silica that includes a plurality of voids 32. The minimum relative refractive index and the average effective relative refractive index of the nanostructure region 26 are both less than -0.1%, considering the presence of voids. Void or voids 32, argon, nitrogen, oxygen, krypton, or may contain one or more gases such as SO 2, or even a vacuum substantially free of gas no problem. However, regardless of the presence or absence of gas, the average refractive index of the nanostructure region 26 is reduced by the presence of the voids 32. The voids 32 can be randomly or non-periodically disposed in the nanostructure region 26, and in other embodiments, the voids are periodically disposed therein.

いくつかの実施の形態において、複数の空隙３２は、複数の非周期的に配置された空隙および複数の周期的に配置された空隙を含む。   In some embodiments, the plurality of voids 32 include a plurality of non-periodically arranged voids and a plurality of periodically arranged voids.

例示の実施の形態において、コア部分２２はゲルマニウムドープトシリカからなり、コア内側環状領域２８は純粋なシリカからなり、クラッド環状領域４０はガラスまたは低屈折率ポリマーからなる。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ナノ構造領域２６は純粋なシリカ内に複数の空隙３２を含み、これらの実施の形態のさらに他のものにおいて、ナノ構造領域２６はフッ素ドープトシリカ内に複数の空隙３２を含む。   In the illustrated embodiment, the core portion 22 comprises germanium doped silica, the core inner annular region 28 comprises pure silica, and the cladding annular region 40 comprises glass or a low index polymer. In some of these embodiments, the nanostructure region 26 includes a plurality of voids 32 in pure silica, and in still other of these embodiments, the nanostructure region 26 includes a plurality of voids in the fluorine-doped silica. A void 32 is included.

いくつかの実施の形態において、コアの外径Ｒcは、１０μｍより大きく、６００μｍ未満である。いくつかの実施の形態において、コアの外径Ｒcは、３０μｍ超および／または４００μｍ未満である。例えば、Ｒcは１２５μｍから３００μｍであってよい。他の実施の形態において、コア２０の外径Ｒc（図３Ａに示された実施の形態において、Ｒc＝Ｒ3であることに留意されたい）は、５０μｍより大きく、２５０μｍ未満である。コア２０の中央部分２２は、範囲０．１Ｒc≦Ｒ1≦０．９Ｒc、好ましくは０．５Ｒc≦Ｒ1≦０．９Ｒcにある半径を有する。ナノ構造環領域２６の幅Ｗ2は、好ましくは０．０５Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒc、好ましくは０．１Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒc、およびいくつかの実施の形態において、０．５Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒcである（より幅広いナノ構造領域は、同じ密度のナノサイズ構造について、より高い散乱誘起減衰を生じる）。中実ガラスコア領域２８は、０．１Ｒc＞Ｗ3＞０．９Ｒcとなるような幅Ｗs＝Ｗ3を有する。コア２０の各部分はシリカ系ガラスからなる。ナノ構造領域２６の半径方向幅Ｗ2は１μｍより大きいことが好ましい。例えば、Ｗ2は、５μｍから３００μｍ、好ましくは２００μｍ以下であってよい。いくつかの実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、１００μｍ未満である。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、５０μｍ未満である。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、２０μｍ未満である。いくつかの実施の形態において、Ｗ2は少なくとも７μｍである。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、１２μｍ未満である。コア領域２８の幅Ｗ3は（Ｒ3−Ｒ2）であり、その中点Ｒ3MIDは（Ｒ3＋Ｒ2）／２である。いくつかの実施の形態において、Ｗ3は、１μｍより大きく、１００μｍ未満である。 In some embodiments, the outer diameter R c of the core is greater than 10 μm and less than 600 μm. In some embodiments, the outer diameter R c of the core is greater than 30 μm and / or less than 400 μm. For example, R c may be from 125 μm to 300 μm. In other embodiments, the outer diameter R c of the core 20 (note that R c = R 3 in the embodiment shown in FIG. 3A) is greater than 50 μm and less than 250 μm. The central portion 22 of the core 20 has a radius that is in the range 0.1R c ≦ R 1 ≦ 0.9R c , preferably 0.5R c ≦ R 1 ≦ 0.9R c . The width W 2 of the nanostructure ring region 26, preferably 0.05R c ≦ W 2 ≦ 0.9R c , preferably 0.1R c ≦ W 2 ≦ 0.9R c , and in some embodiments, 0.5R c ≦ W 2 ≦ 0.9R c (broader nanostructure regions result in higher scattering-induced decay for the same density of nanosized structures). The solid glass core region 28 has a width W s = W 3 such that 0.1R c > W 3 > 0.9R c . Each part of the core 20 is made of silica-based glass. The radial width W 2 of the nanostructure region 26 is preferably greater than 1 μm. For example, W 2 may be 5 μm to 300 μm, preferably 200 μm or less. In some embodiments, W 2 is greater than 2 μm and less than 100 μm. In other embodiments, W 2 is greater than 2 μm and less than 50 μm. In other embodiments, W 2 is greater than 2 μm and less than 20 μm. In some embodiments, W 2 is at least 7 μm. In other embodiments, W 2 is greater than 2 μm and less than 12 μm. The width W 3 of the core region 28 is (R 3 −R 2 ), and its midpoint R 3MID is (R 3 + R 2 ) / 2. In some embodiments, W 3 is greater than 1 μm and less than 100 μm.

ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、光をファイバに方向付ける光源のＮＡと等しいかまたはそれより大きいことが好ましい。ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、好ましくは０．２超、いくつかの実施の形態において０．３超、さらにより好ましくは０．４超である。   The numerical aperture (NA) of the fiber 12 is preferably equal to or greater than the NA of the light source that directs light into the fiber. The numerical aperture (NA) of the fiber 12 is preferably greater than 0.2, in some embodiments greater than 0.3, and even more preferably greater than 0.4.

いくつかの実施の形態において、第１のコア領域２２のコア外径Ｒ1は、２４μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい、すなわち、コアの直径が約４８μｍと１００μｍの間にある。他の実施の形態において、Ｒ1＞２４μｍ、さらに他の実施の形態において、Ｒ1＞３０μｍ、さらに他の実施の形態において、Ｒ1＞４０μｍである。 In some embodiments, the core outer diameter R 1 of the first core region 22 is preferably not less than 24 μm and not more than 50 μm, ie, the core diameter is between about 48 μm and 100 μm. In other embodiments, R 1 > 24 μm, in yet other embodiments, R 1 > 30 μm, and in yet other embodiments, R 1 > 40 μm.

いくつかの実施の形態において、環状内側領域２６の半径方向幅Ｗ2の５０％超について、｜Δ2（ｒ）｜＜０．０２５％であり、他の実施の形態において、領域２６の半径方向幅の５０％超について、｜Δ2（ｒ）｜＜０．０１％である。屈折率低下環状部分２６は、クラッドの相対屈折率が−０．０５％の値に最初に到達する場所で始まり、中心線から放射状に外方に進む。いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、０．１％未満の最大絶対大きさを有する相対屈折率プロファイルΔ4（ｒ）を有し、この実施の形態において、Δ4MAX＜０．０５％およびΔ4MIN＞−０．０５％であり、屈折率低下環状部分２６は、最も外側の空隙が見つかる場所で終わる。 In some embodiments, | Δ 2 (r) | <0.025% for more than 50% of the radial width W 2 of the annular inner region 26, and in other embodiments, the radius of the region 26 For more than 50% of the width in the direction, | Δ 2 (r) | <0.01%. The index-reducing annular portion 26 begins where the clad relative refractive index first reaches a value of -0.05% and proceeds radially outward from the centerline. In some embodiments, the cladding 40 has a relative refractive index profile Δ 4 (r) having a maximum absolute magnitude of less than 0.1%, and in this embodiment, Δ 4MAX <0.05% And Δ 4MIN > −0.05%, and the index-reducing annular portion 26 ends where the outermost void is found.

クラッド構造４０は半径Ｒ4まで延在し、これは、光ファイバの最も外側の外周でもある。いくつかの実施の形態において、クラッドの幅Ｒ4−Ｒ3は２０μｍより大きく、他の実施の形態において、Ｒ4−Ｒ3は少なくとも５０μｍであり、いくつかの実施の形態において、Ｒ4−Ｒ3は少なくとも７０μｍである。 Clad structure 40 extends to a radius R 4, which is also the outermost periphery of the optical fiber. In some embodiments, the cladding width R 4 -R 3 is greater than 20 μm, in other embodiments R 4 -R 3 is at least 50 μm, and in some embodiments, R 4- R 3 is at least 70 μm.

別の実施の形態において、全コア２０はナノ構造（例えば、空隙で満たされている）であり、コア２０はクラッド４０により取り囲まれている。コア２０は、「ステップ型」屈折率デルタを有してよく、または例えば、１．８と２．３の間のα値を有するαプロファイルを持つグレーデッド型コアプロファイルを有してよい。   In another embodiment, the entire core 20 is a nanostructure (eg, filled with voids) and the core 20 is surrounded by a cladding 40. The core 20 may have a “stepped” refractive index delta or may have a graded core profile with an α profile having an α value between 1.8 and 2.3, for example.

例えば、図３Ｃ、４Ａおよび６〜８に示された光プリフォームおよび光ファイバの調製は以下のとおりであった：この例示の実施の形態において、４７０グラムのＳｉＯ2（０．５ｇ／ｃｃの密度）スートを、完全に固結された１メートル長、２０ｍｍの直径の純粋なシリカの、空隙なしコアケイン上に外付け法（ＯＶＤ法）により堆積させて、シリカスート領域により取り囲まれた、固結済みの空隙なしシリカコア領域を含むプリフォームアセンブリ（ときには、プリフォーム、または光プリフォームと称される）が得られた。次いで、このプリフォームアセンブリのスートクラッドを以下のように焼結した。このプリフォームアセンブリを、最初に、炉の上部が１１００℃である、ヘリウムおよび３パーセントの塩素（全て気体の体積パーセント）を含む雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、１００パーセントのＳＯ2（体積）の焼結雰囲気内において約１５００℃に設定された高温区域に通して、２００ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約１００℃／分の温度上昇に相当する）で下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、１００ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約５０℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、２回目）下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、５０ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約２５℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、３回目）下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、２５ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約１２．５℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、４回目）下方に駆動し、次いで、スートをＳＯ2ぬかあわ入り(seeded)シリカオーバークラッドプリフォームに焼結するために、６ｍｍ／分（約３℃／分の熱上昇速度）で最後に焼結した。各下方駆動工程後、プリフォームアセンブリを、２００ｍｍ／分で炉の上部（１１００℃に設定されたまま）に上方駆動した。最初の一連のより高い下方供給速度は、プリフォーム内へのガス閉込めを容易にする、光ファイバプリフォームの外側をガラス化するために使用される。次いで、このプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォーム内に残留するヘリウムをガス抜きした。次いで、このプリフォームを、約１７００℃に設定した従来のリドロー用黒鉛炉のアルゴン雰囲気において、直径が１０ｍｍであり、長さが１メートルである、空隙のないＳｉＯ2コアのＳＯ2ぬかあわ入り（すなわち、ＳＯ2ガスを含有する非周期的に位置する空隙を含有する）シリカオーバークラッドケインにリドローした。 For example, the optical preforms and optical fiber preparations shown in FIGS. 3C, 4A and 6-8 were as follows: In this exemplary embodiment, 470 grams of SiO 2 (0.5 g / cc Density) soot was deposited by the external method (OVD method) onto a void-free core cane of fully consolidated 1 meter long, 20 mm diameter pure silica and surrounded by a silica soot region A preform assembly (sometimes referred to as a preform or optical preform) was obtained that contained a pre-voided silica core region. The soot cladding of this preform assembly was then sintered as follows. The preform assembly was first dried for 2 hours in an atmosphere containing helium and 3 percent chlorine (all volume percent gas) with the top of the furnace at 1100 ° C. and then 100 percent SO 2. 200 mm / min through a high temperature zone set at about 1500 ° C. in a (volume) sintering atmosphere (corresponding to a temperature increase of about 100 ° C./min for the exterior of the soot preform during the downward drive process) Drove down. The preform assembly is then again passed through the hot zone (ie, the second time) at a rate of 100 mm / min (corresponding to a temperature increase of about 50 ° C./min for the exterior of the soot preform during the downward drive process). Driven downward. The preform assembly is then again passed through the hot zone (ie, the third time) at a rate of 50 mm / min (corresponding to a temperature increase of about 25 ° C./min for the exterior of the soot preform during the downward drive process). Driven downward. The preform assembly is then again passed through the hot zone at a rate of 25 mm / min (corresponding to a temperature increase of about 12.5 ° C./min for the exterior of the soot preform during the downward drive process) again (ie 4 Second) Drive down and then finally sinter at 6 mm / min (approx. 3 ° C./min heat rise rate) to sinter the soot into a SO 2 seeded silica overclad preform did. After each down-drive step, the preform assembly was driven up to the top of the furnace (still set at 1100 ° C.) at 200 mm / min. The first series of higher lower feed rates is used to vitrify the outside of the fiber optic preform, facilitating gas confinement within the preform. The preform was then placed in an argon purged holding oven set at 1000 ° C. for 24 hours to degas the helium remaining in the preform. Next, this preform is filled with SO 2 bran with a void-free SiO 2 core having a diameter of 10 mm and a length of 1 meter in an argon atmosphere of a conventional redraw graphite furnace set to about 1700 ° C. Redraw into a silica overclad cane (ie, containing non-periodically located voids containing SO 2 gas).

１０ｍｍケインの内の１本を旋盤に戻し、そこで、約１９０グラムの追加のＳｉＯ2（０．５２ｇ／ｃｃの密度）スートをＯＶＤ法により堆積させた。次いで、このアセンブリのこのクラッド（オーバークラッドと称してもよい）のスートを以下のように焼結した。最初に、アセンブリを、１１００℃に設定した、ヘリウムおよび３％の塩素からなる雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、スートを、ゲルマニウムを含有する、空隙なしＳｉＯ2コア、シリカＳＯ2ぬかあわ入りリング（すなわち、ＳＯ2を含有する空隙を有するシリカ）、および空隙なしオーバークラッドプリフォームに焼結するために、１００％のヘリウム（体積）雰囲気内で１５００℃に設定した高温区域に５ｍｍ／分で下方に駆動した。このプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォームから残留するヘリウムをガス抜きした。この光ファイバプリフォームを、黒鉛抵抗炉のヘリウム雰囲気内で約１９００℃から２０００℃で、３ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに線引きした。この光プリフォームの温度は、光ファイバの張力をモニタし、制御することによって制御した。この実施の形態において、ファイバの張力は、線引きしたファイバの各部分（例えば、３ｋｍの長さ）の作製中、３０グラムと６００グラムの間の１つの値に保持した。線引きプロセス中に、ファイバを低屈折率シリコーン系被覆で被覆した。 One of the 10 mm canes was returned to the lathe where approximately 190 grams of additional SiO 2 (0.52 g / cc density) soot was deposited by the OVD method. The soot of this clad (also referred to as overclad) of the assembly was then sintered as follows. First, the assembly was dried for 2 hours in an atmosphere consisting of helium and 3% chlorine set at 1100 ° C., after which the soot was filled with germanium-containing, void-free SiO 2 core, silica SO 2 bran 5 mm in a hot zone set at 1500 ° C. in a 100% helium (volume) atmosphere for sintering into bubbled rings (ie, silica with voids containing SO 2 ) and void-free overclad preforms Driven down at / min. The preform was placed in an argon purged holding oven set at 1000 ° C. for 24 hours to degas the remaining helium from the preform. This optical fiber preform was drawn into a 3 km long 125 micrometer diameter optical fiber at about 1900 ° C. to 2000 ° C. in a helium atmosphere of a graphite resistance furnace. The temperature of the optical preform was controlled by monitoring and controlling the tension of the optical fiber. In this embodiment, the fiber tension was held at a value between 30 grams and 600 grams during fabrication of each portion of the drawn fiber (eg, 3 km length). During the drawing process, the fiber was coated with a low refractive index silicone-based coating.

先に記載した別の１０ｍｍの空隙なしシリカコアＳＯ2ぬかあわ入りシリカオーバークラッドケイン（すなわち、第２のケイン）を使用して、図４Ｂに示された実施例のための光プリフォームおよび光ファイバを製造した。より詳しくは、第２の１０ｍｍの空隙なしシリカコアＳＯ2ぬかあわ入りシリカオーバークラッドケインを旋盤に戻し、そこで、約３７５０グラムの追加のＳｉＯ2（０．６７ｇ／ｃｃの密度）スートをＯＶＤ法により堆積させた。次いで、このクラッドのスート（このアセンブリについてはオーバークラッドと呼んでもよい）を以下のように焼結した。最初に、アセンブリを、１１００℃に設定した、ヘリウムおよび３％の塩素を含む雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、スートを、ゲルマニウムを含有する、空隙なしＳｉＯ2コア、シリカＳＯ2ぬかあわ入りリング（すなわち、ＳＯ2を含有する空隙を有するシリカ）、および空隙なしオーバークラッドを含むプリフォームに焼結するために、１００％のヘリウム（体積）雰囲気内で１５００℃に設定した高温区域に５ｍｍ／分で下方に駆動した。得られた光ファイバプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォームから残留するヘリウムをガス抜きした。最後に、この光ファイバプリフォームを、上述したように、５ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに線引きし、低屈折率ポリマーで被覆した。 Optical preform and optical fiber for the embodiment shown in FIG. 4B using another 10 mm void-free silica core SO 2 braided silica overclad cane (ie, the second cane) described above. Manufactured. More specifically, a second 10 mm void-free silica core SO 2 braided silica overclad cane is returned to the lathe where approximately 3750 grams of additional SiO 2 (0.67 g / cc density) soot is added by OVD. Deposited. The clad soot (which may be referred to as overclad for this assembly) was then sintered as follows. First, the assembly was dried for 2 hours in an atmosphere containing helium and 3% chlorine set at 1100 ° C., after which the soot was germanium-containing, void free SiO 2 core, silica SO 2 bran A hot zone set at 1500 ° C. in a 100% helium (volume) atmosphere for sintering into a preform containing a bubbled ring (ie, silica with voids containing SO 2 ) and a void-free overclad. Was driven downward at 5 mm / min. The resulting optical fiber preform was placed in an argon purged holding oven set at 1000 ° C. for 24 hours to degas the remaining helium from the preform. Finally, the optical fiber preform was drawn into a 125 km diameter optical fiber 5 km long and coated with a low refractive index polymer as described above.

図３Ｂは、光拡散ファイバ１２のさらに別の例示の実施の形態を図解している。図３Ｂのファイバは、相対屈折率Δ1を有するコア２０、コア２０上に位置するそれを取り囲むナノ構造領域２６’を含む。コア２０は、「ステップ型」屈折率プロファイル、または例えば、１．８と２．３の間のα値を有するαプロファイルを持つグレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。 FIG. 3B illustrates yet another exemplary embodiment of the light diffusing fiber 12. The fiber of FIG. 3B includes a core 20 having a relative refractive index Δ 1 and a nanostructure region 26 ′ surrounding the core 20 located on the core 20. The core 20 may have a “stepped” refractive index profile, or a graded core profile with an α profile having an α value between 1.8 and 2.3, for example.

この例示の実施の形態（図３Ｂ参照）において、ナノ構造領域２６’は、複数の空隙３２を有する環状リングである。領域２６’の幅は、１〜２μｍほど小さくて差し支えなく、負の平均相対屈折率Δ2を有してもよい。クラッド４０はナノ構造領域２６’を取り囲んでいる。クラッド４０の（半径方向）幅は１μｍほど小さくてもよく、クラッドは、（純粋なシリカに対して）負の、正の、または０％の相対屈折率のいずれを有してもよい。図３Ａおよび３Ｂにおける実施例間の主な違いは、図３Ａに示されたナノ構造領域は、光拡散ファイバ１２のコア２０内に位置しており、図３Ｂにおいて、ナノ構造領域はコア／クラッドの界面に位置していることである。屈折率低下環状部分２６’は、コアの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に到達する場所で始まり、中心線から放射状に外方に進む。図３Ｂの実施の形態において、クラッド４０は、０．１％未満の最大絶対大きさを有する相対屈折率プロファイルΔ3（ｒ）を有し、この実施の形態において、Δ3MAX＜０．０５％およびΔ3MIN＞−０．０５％であり、屈折率低下環状部分２６’は、空隙で満たされた領域において最も外側の空隙が生じる場所で終わる。 In this exemplary embodiment (see FIG. 3B), the nanostructure region 26 ′ is an annular ring having a plurality of voids 32. The width of the region 26 ′ may be as small as 1 to 2 μm, and may have a negative average relative refractive index Δ 2 . The cladding 40 surrounds the nanostructure region 26 '. The (radial) width of the cladding 40 may be as small as 1 μm and the cladding may have either a negative, positive, or 0% relative refractive index (relative to pure silica). The main difference between the embodiments in FIGS. 3A and 3B is that the nanostructured region shown in FIG. 3A is located within the core 20 of the light diffusing fiber 12, and in FIG. It is located at the interface. The index-reducing annular portion 26 ′ begins where the relative refractive index of the core first reaches a value of less than −0.05% and proceeds radially outward from the centerline. In the embodiment of FIG. 3B, the cladding 40 has a relative refractive index profile Δ 3 (r) having a maximum absolute magnitude of less than 0.1%, and in this embodiment Δ 3MAX <0.05% And Δ 3MIN > −0.05%, and the index-reducing annular portion 26 ′ ends where the outermost void occurs in the void-filled region.

図３Ｂに示された実施の形態において、コア２０の屈折率は、環状領域２６’の屈折率ｎ2より大きく、クラッド４０の屈折率ｎ3も屈折率ｎ2より大きい。 In the embodiment shown in FIG. 3B, the refractive index of the core 20 is greater than the refractive index n 2 of the annular region 26 ′, and the refractive index n 3 of the cladding 40 is also greater than the refractive index n 2 .

図３Ｃは、製造された光ファイバ１２の１つの実施の形態のコア２０を図解している。このファイバは、約３３．４μｍの外径Ｒ1を有する第１のコア領域２２、外径Ｒ2＝４２．８μｍのナノ構造領域２６、外径Ｒ3＝６２．５μｍを有する第３のコア領域２８、および８２．５μｍの外径Ｒ4を有するポリマークラッド４０（図示せず）を有する。この実施の形態において、コアの材料は純粋なシリカ（未ドープシリカ）であり、クラッドの材料は低屈折率ポリマー（例えば、Ｑ３−６６９６の商品名でミシガン州、ミッドランド所在のDow-Corning社から市販されている１．４１３の屈折率を有するＵＶ硬化性シリコーン）であり、これは、ガラスコアとともに、０．３のファイバＮＡをもたらした。光ファイバ１２は、例えば、図４Ｂに示されるＳＭＦ−２８ｅRファイバなどの標準的な単一モード伝送ファイバと比べて、波長への依存性が比較的平ら（弱い）である。標準的な単一モード（ＳＭＦ−２８ｅRなどの）または多モード光ファイバにおいて、１３００ｎｍ未満の波長での損失はレイリー散乱により占められる。これらのレイリー散乱損失は、材料の性質により決まり、典型的に、可視波長（４００〜７００ｎｍ）について約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失の波長依存性は、ｐ≒４でλ-pに比例する。少なくとも１つのナノ構造領域を含むファイバにおける波長依存性散乱損失の指数は、４００ｎｍ〜１１００ｎｍ波長範囲の少なくとも８０％（例えば、９０％超）に亘り、２未満、好ましくは１未満である。４００ｎｍから１１００ｎｍまでの平均スペクトル減衰は、ファイバを４０ｇの張力で線引きした場合、約０．４ｄＢ／ｍであり、ファイバ１２を９０ｇの張力で線引きした場合、約０．１ｄＢ／ｍであった。この実施の形態において、ナノサイズ構造はＳＯ2ガスを含有している。出願人は、ナノ構造リングにおけるＳＯ2が充満した空隙は散乱に大きく寄与することを発見した。さらに、ナノ構造を形成するためにＳＯ2ガスを使用した場合、このガスにより、熱的に可逆の損失が得られる、すなわち、６００℃未満では、ナノ構造ファイバは光を散乱させるが、６００℃超では、その同じファイバは光を導波する。ＳＯ2が与えるこの独特の挙動は、同じファイバを６００℃未満に冷却した際に、ファイバ１２は、光拡散ファイバとして働き、再び、観察できる散乱効果を生じるという点でも可逆である。 FIG. 3C illustrates the core 20 of one embodiment of the manufactured optical fiber 12. The fiber includes a first core region 22 having an outer diameter R 1 of about 33.4 μm, a nanostructure region 26 having an outer diameter R 2 = 42.8 μm, and a third core having an outer diameter R 3 = 62.5 μm. It has a region 28 and a polymer cladding 40 (not shown) having an outer diameter R 4 of 82.5 μm. In this embodiment, the core material is pure silica (undoped silica) and the cladding material is a low refractive index polymer (eg, commercially available from Dow-Corning, Midland, Michigan under the trade name Q3-6696). UV curable silicone with a refractive index of 1.413), which, together with a glass core, resulted in a fiber NA of 0.3. The optical fiber 12 is relatively flat (weak) in dependence on wavelength compared to a standard single mode transmission fiber, such as the SMF-28e R fiber shown in FIG. 4B, for example. In standard single mode (such as SMF-28e R ) or multimode optical fibers, loss at wavelengths below 1300 nm is accounted for by Rayleigh scattering. These Rayleigh scattering losses depend on the nature of the material and are typically about 20 dB / km for visible wavelengths (400-700 nm). The wavelength dependence of Rayleigh scattering loss is proportional to λ −p when p≈4. The index of wavelength dependent scattering loss in a fiber comprising at least one nanostructure region is less than 2, preferably less than 1, over at least 80% (eg, greater than 90%) of the 400 nm to 1100 nm wavelength range. The average spectral attenuation from 400 nm to 1100 nm was about 0.4 dB / m when the fiber was drawn with a tension of 40 g and about 0.1 dB / m when the fiber 12 was drawn with a tension of 90 g. In this embodiment, the nano-sized structure contains SO 2 gas. Applicants have discovered that SO 2 filled voids in the nanostructure ring contribute significantly to scattering. Furthermore, when SO 2 gas is used to form the nanostructure, this gas provides a thermally reversible loss, ie below 600 ° C., the nanostructure fiber scatters light, but 600 ° C. Above, that same fiber guides light. This unique behavior provided by SO 2 is also reversible in that when the same fiber is cooled below 600 ° C., the fiber 12 acts as a light diffusing fiber and again produces an observable scattering effect.

好ましい実施の形態において、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性は、線引きプロセス中のファイバ張力を制御することにより、または適切な線引き張力（例えば、３０ｇと１００ｇの間、または４０ｇと９０ｇの間）を選択することにより、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７以上であるように制御される。   In preferred embodiments, the illumination uniformity along the length of the fiber is controlled by controlling the fiber tension during the drawing process, or by appropriate drawing tension (eg, between 30 and 100 g, or between 40 and 90 g). By selecting (between), the minimum scattered illumination intensity is controlled to be 0.7 or more of the maximum scattered illumination intensity.

したがって、いくつかの実施の形態によれば、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性を制御するための光拡散ファイバを製造する方法であって、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７以上である方法は、線引きプロセス中にファイバの張力を制御する工程を含む。   Thus, according to some embodiments, a method of manufacturing a light diffusing fiber for controlling the uniformity of illumination along the length of the fiber, wherein the minimum scattered illumination intensity is zero of the maximum scattered illumination intensity. A method that is greater than or equal to .7 includes controlling the tension of the fiber during the drawing process.

光拡散ファイバ１２におけるナノサイズ構造の存在は、光散乱による損失を生じ、このファイバの外面を通る光散乱は、照明目的に使用することができる。図４Ａは、図３Ｃのファイバ（ＳＯ2ガスが充満した空隙を有するファイバ）に関する波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表された減衰（損失）のプロットである。図４Ａは、（ｉ）光拡散ファイバ１２は、可視波長範囲において非常に大きい散乱損失を達成できる（それゆえ、高い照明強度を提供できる）ことを示している。光ファイバ１２の散乱損失は、可視波長範囲において約０．０２ｄＢ／ｍの、または５００ｎｍの波長で約２０ｄＢ／ｍのレイリー散乱損失、および１／λ4の比較的強い波長依存性を有する標準の１２５μｍのグレーデッド型コア多モード比較ファイバＡ（ファイバＡは、ナノ構造領域を持たないステップ型多モードファイバ）と比べて、弱い波長依存性を有する（Ｌsは１／λ-pに比例し、ｐは２未満、好ましくは１未満、さらにより好ましくは０．５未満である）。ファイバ１２の張力の影響も、図４Ａ〜４Ｂに示されている。より詳しくは、図４Ａ〜４Ｂは、ファイバの線引き張力が大きいほど、散乱損失が小さくなり、ファイバの線引き張力が小さいほど、散乱損失が大きい、すなわち、照明が強いファイバ部分が得られることを示している。図４Ａは、９０ｇと４００ｇの異なるファイバ張力で線引きされた光拡散ファイバ１２（コアに空隙を有する）に関する波長の関数としての減衰を示している。図４Ｂは、９０ｇと４０ｇの異なるファイバ張力で線引きされた様々な光拡散ファイバ１２（コアに空隙を有する）、正規化された損失を有する比較の多モードファイバ（ファイバＡ）、および１／λ損失依存性を有する理論ファイバに関する波長の関数としての減衰を示している。（図４Ｂのグラフは、損失の波長依存性を示していることに留意のこと。この実施例において、光ファイバ１２とファイバＡの散乱の傾斜を比較するために、低損失ファイバ（ファイバＡ）の損失は２０倍にされており、それゆえ、２つのプロットを、同じ図面で容易に示すことができる。）どの特定の理論により拘束するものではないが、線引き張力が、例えば、９０ｇから４０ｇに、減少した場合の散乱損失の増加は、ナノ構造の平均直径の増加によるものであると考えられる。したがって、ファイバの張力のこの影響は、線引きプロセス中のファイバ張力を変えることによって、ファイバの長手方向に沿って一定の減衰（照明強度）を生じるために使用できるであろう。例えば、高い張力Ｔ1で線引きされた、α1ｄＢ／ｍの損失および長さＬ1を有する第１のファイバセグメントは、入力レベルＰ0からＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）まで光パワーを減衰させる。第１のファイバセグメントに光学的に結合された、低い張力Ｔ2で線引きされた、α2ｄＢ／ｍの損失および長さＬ2を有する第２のファイバセグメントは、入力レベルＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）からＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）ｅｘｐ（−α2×Ｌ2／４．３４３）まで光パワーをさらに減衰させる。第１と第２のファイバセグメントの長さと減衰は、連結されたファイバの長手方向に沿って均一な強度を提供するために調節できる。 The presence of the nano-sized structure in the light diffusing fiber 12 causes loss due to light scattering, and light scattering through the outer surface of this fiber can be used for illumination purposes. FIG. 4A is a plot of attenuation (loss) expressed in dB / m versus wavelength (nm) for the fiber of FIG. 3C (fiber with voids filled with SO 2 gas). FIG. 4A shows that (i) the light diffusing fiber 12 can achieve very large scattering losses in the visible wavelength range (and therefore can provide high illumination intensity). The scattering loss of the optical fiber 12 is a standard with a Rayleigh scattering loss of about 0.02 dB / m in the visible wavelength range, or about 20 dB / m at a wavelength of 500 nm, and a relatively strong wavelength dependence of 1 / λ 4 . Compared with 125 μm graded core multimode comparison fiber A (fiber A is a step type multimode fiber having no nanostructure region), it has a weak wavelength dependence (L s is proportional to 1 / λ −p. , P is less than 2, preferably less than 1 and even more preferably less than 0.5). The effect of fiber 12 tension is also shown in FIGS. More specifically, FIGS. 4A-4B show that the greater the fiber draw tension, the smaller the scattering loss, and the lower the fiber draw tension, the greater the scattering loss, i.e., the more intensely illuminated fiber portion is obtained. ing. FIG. 4A shows the attenuation as a function of wavelength for light diffusing fiber 12 (having voids in the core) drawn with different fiber tensions of 90 g and 400 g. FIG. 4B shows various light diffusing fibers 12 (having air gaps in the core) drawn with different fiber tensions of 90 g and 40 g, a comparative multimode fiber with normalized loss (fiber A), and 1 / λ. The attenuation as a function of wavelength is shown for a theoretical fiber with loss dependence. (Note that the graph of FIG. 4B shows the wavelength dependence of the loss. In this example, to compare the scattering slopes of optical fiber 12 and fiber A, low loss fiber (fiber A) The two plots can easily be shown in the same drawing.) Although not bound by any particular theory, the draw tension is, for example, 90g to 40g. In addition, the increase in scattering loss when decreased is considered to be due to an increase in the average diameter of the nanostructure. Thus, this effect of fiber tension could be used to produce a constant attenuation (illumination intensity) along the length of the fiber by changing the fiber tension during the drawing process. For example, it was drawn at high tension T 1, alpha 1 dB / first fiber segment having a loss and the length L 1 of m, from the input level P 0 P 0 exp (-α 1 × L 1/4. 343) until the optical power is attenuated. Optically coupled to the first fiber segment was drawn at a low tension T 2, the second fiber segment having a loss and the length L 2 of the alpha 2 dB / m, the input level P 0 exp (- further attenuates the optical power from α 1 × L 1 /4.343) to P 0 exp (-α 1 × L 1 /4.343)exp(-α 2 × L 2 /4.343). The length and attenuation of the first and second fiber segments can be adjusted to provide uniform strength along the length of the connected fibers.

光拡散ファイバ１２の利点の１つは、光拡散ファイバの長手方向に沿って均一な照明を提供する能力である。図５は、ファイバの長手方向に沿って均一な照明をもたらし、単一の光拡散ファイバ１２において２回の光通過を使用するファイバ１２の構成を図解している。この構成において、ミラーＭが光拡散ファイバ１２の端部に配置されている。光源１５０により光拡散ファイバ１２に供給される入力光は光拡散ファイバ１２の軸に沿って伝搬し、残留光がミラーで反射して、ファイバ１２の軸に沿って入力に向かって戻るように伝搬する。ファイバ１２の減衰および長さが適切に選択されれば、光源に戻る出力パワーは、元の光パワーの２％〜５％未満である。損失分布が一定のファイバ（図４Ａ参照）についての散乱損失強度は、ファイバの始まりで高く、ファイバの終わりで弱いであろう。しかしながら、光拡散ファイバ１２が、散乱損失が、強度が高いファイバの始まりで低く、強度が低い端部で高いように周期的に制御された張力（張力値は炉の温度に関連し、この温度は１８００℃から２１００℃まで変動してよい）で線引きされた場合、結果として得られた散乱強度は、変動性が低く、すなわち、一定に（例えば、図６Ａの例ｃに示されるように）製造することができる。ファイバの線引き張力は、制御され、例えば、４０ｇと４００ｇの間で変えられ、それゆえ、幅広い範囲の散乱誘起減衰（例えば、６倍まで）を提供するであろう。図５のミラーＭは、より均一な照明を作り出すだけでなく、ファイバにより散乱される光の品質を高めるために、第１の光源のパワー密度の出力と類似の（２の係数以内、すなわち、５０％から２００％の範囲）パワー密度の出力を有する第２の光源により置き換えられてもよい。   One advantage of the light diffusing fiber 12 is the ability to provide uniform illumination along the length of the light diffusing fiber. FIG. 5 illustrates a configuration of the fiber 12 that provides uniform illumination along the length of the fiber and uses two light passes in a single light diffusing fiber 12. In this configuration, the mirror M is disposed at the end of the light diffusion fiber 12. The input light supplied to the light diffusing fiber 12 by the light source 150 propagates along the axis of the light diffusing fiber 12, and the residual light is reflected by the mirror and propagates back toward the input along the axis of the fiber 12. To do. If the attenuation and length of the fiber 12 is properly selected, the output power returning to the light source is between 2% and less than 5% of the original optical power. The scattering loss intensity for a fiber with a constant loss distribution (see FIG. 4A) will be high at the beginning of the fiber and weak at the end of the fiber. However, the light diffusing fiber 12 is periodically controlled so that the scattering loss is low at the beginning of the high strength fiber and high at the low strength end (the tension value is related to the furnace temperature, this temperature Can be varied from 1800 ° C. to 2100 ° C.), the resulting scattering intensity is low variability, ie constant (eg as shown in example c of FIG. 6A). Can be manufactured. The draw tension of the fiber is controlled and can be varied, for example, between 40 g and 400 g, thus providing a wide range of scattering-induced attenuation (eg, up to 6 times). The mirror M of FIG. 5 is similar to the power density output of the first light source (within a factor of two, ie, to increase the quality of light scattered by the fiber as well as to produce more uniform illumination. It may be replaced by a second light source having a power density output (ranging from 50% to 200%).

バイオリアクタ／照明系の例示の実施の形態の１つの態様は、散乱光強度の角度分布が、角度間隔で均一またはほぼ均一であることである。ファイバの表面から軸方向の光散乱は、５０％未満、好ましくは３０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満の、平均散乱強度に対する変動性を有する。ナノサイズ構造を持たない従来のシリカ系光ファイバにおける主な散乱機構は、広い角度分布を有するレイリー散乱である。ナノ構造リング内の空隙による追加の散乱損失がある図１２は、図６Ａ（実施の形態ａおよびｂ）および図６Ｂ（実施の形態ａ’）に示されるように、強力な順方向成分を有するであろう。しかしながら、この分布は、光拡散ファイバ１２の被覆の上に散乱物質を配置することによって補正することができる。ＴｉＯ2系白色インクを含有する被覆により製造された光拡散ファイバ（図６Ｂ、実施の形態ｂ’参照）は、順方向バイアスが著しく低い散乱光の角度分布を提供する。ＴｉＯ2インクの追加の厚い層（例えば、１〜５μｍ）により、順方向散乱成分をさらに減少させ、それによって、角度強度分布の均一性をさらに高めることが可能である。しかしながら、図７に示されるように、照明器の設計が、背面反射ミラーまたは追加の光源に光学的に結合されたファイバを使用する場合（図５参照）、ファイバがＴｉＯ2系白色インク被覆層を持たなくとも、この構成により比較的平らな（すなわち、非常に均一な）角度散乱強度を提供する（図６Ａ参照）。いくつかの実施の形態において、ファイバの長手方向に沿ったインク被覆の制御された変動（インク被覆の厚さまたは被覆中のインク濃度の変動のいずれか）が、大きい角度で（１５度より大きい）ファイバから散乱される光の強度においてより均一な変動を生じる追加の方法を提供する。 One aspect of the exemplary embodiment of the bioreactor / illumination system is that the angular distribution of scattered light intensity is uniform or nearly uniform at angular intervals. The axial light scattering from the fiber surface has a variability with respect to the average scattering intensity of less than 50%, preferably less than 30%, preferably less than 20%, more preferably less than 10%. The main scattering mechanism in a conventional silica-based optical fiber having no nano-size structure is Rayleigh scattering having a wide angular distribution. FIG. 12, with additional scattering loss due to voids in the nanostructure ring, has a strong forward component, as shown in FIG. 6A (embodiments a and b) and FIG. 6B (embodiment a ′). Will. However, this distribution can be corrected by placing scattering material over the coating of the light diffusing fiber 12. A light diffusing fiber (see FIG. 6B, embodiment b ′) made with a coating containing a TiO 2 based white ink provides an angular distribution of scattered light with a significantly lower forward bias. The additional thick layer of TiO 2 ink (e.g., 1 to 5 [mu] m), to reduce the forward scattering component Furthermore, it is thereby possible to further enhance the uniformity of the angular intensity distribution. However, as shown in FIG. 7, if the illuminator design uses a fiber that is optically coupled to a back reflecting mirror or additional light source (see FIG. 5), the fiber is a TiO 2 based white ink coating layer. This configuration provides a relatively flat (ie, very uniform) angular scatter intensity (see FIG. 6A). In some embodiments, the controlled variation of the ink coating along the length of the fiber (either the thickness of the ink coating or the variation of the ink concentration in the coating) is at a large angle (greater than 15 degrees). It provides an additional way of producing a more uniform variation in the intensity of light scattered from the fiber.

いくつかの実施の形態において、インクは、散乱光をより長い波長の光に変換する蛍光物質であって差し支えない。いくつかの実施の形態において、白色光は、そのような被覆を有する光拡散ファイバ１２をＵＶ光源、例えば、４０５ｎｍまたは４４５ｎｍのダイオードレーザに結合することによって、ファイバ１２により放出させる（外面から拡散させる）ことができる。例示の実施の形態における蛍光白色光の角度分布は実質的に均一である（例えば、角度間隔において、２５％から４００％、好ましくは５０％から２００％、さらにより好ましくは５０％から１５０％、または７０％から１３０％、または８０％から１２０％）。   In some embodiments, the ink can be a phosphor that converts scattered light into longer wavelength light. In some embodiments, white light is emitted by the fiber 12 (diffused from the outer surface) by coupling the light diffusing fiber 12 having such a coating to a UV light source, eg, a 405 nm or 445 nm diode laser. )be able to. The angular distribution of fluorescent white light in an exemplary embodiment is substantially uniform (eg, 25% to 400%, preferably 50% to 200%, even more preferably 50% to 150% in angular spacing, Or 70% to 130%, or 80% to 120%).

発光ダイオード（ＬＥＤ）または日光などの低コスト光源に効率的に結合するには、ファイバは、高いＮＡおよび大きいコア直径を有する必要がある。図２に示された設計に類似の設計により、多モードコア２０のサイズは、最大にすることがてき、５００μｍまでの半径を有するであろう。クラッドの厚さは、ずっと小さくてもよい、例えば、約１５〜３０μｍ（例えば、約２０μｍ）であってよい。例えば、１つの実施の形態によれば、複数の光拡散ファイバ１２を支持構造の周りに巻き付けてもよく、各光拡散光ファイバは、１つの光源または複数の光源のいずれかに光学的に結合されてもよい。複数の光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の内の少なくとも１つに一緒に束ねることができる。ファイバ束またはリボン（すなわち、多数のファイバの集合体）も、結合効率を増加させるために、光源の形状に配列することができる。典型的な束／リボン構造の例としては、２〜３６本の光拡散ファイバ１２が挙げられ、または数百本までのファイバ１２を含んでもよい。多数のファイバのアセンブリであるケーブル設計が、周知であり、リボン、多数のリボンの集合体、または管内に集められたファイバを含み得る。そのようなファイバは、１つ以上の光拡散ファイバ１２を含んでよい。   To efficiently couple to a low cost light source such as a light emitting diode (LED) or sunlight, the fiber needs to have a high NA and a large core diameter. With a design similar to the design shown in FIG. 2, the size of the multimode core 20 can be maximized and will have a radius of up to 500 μm. The thickness of the cladding may be much smaller, for example, about 15-30 μm (eg, about 20 μm). For example, according to one embodiment, a plurality of light diffusing fibers 12 may be wrapped around a support structure, each light diffusing optical fiber being optically coupled to either a light source or a plurality of light sources. May be. The plurality of light diffusing optical fibers 12 can be bundled together in at least one of a ribbon, a ribbon stack, or a round bundle. Fiber bundles or ribbons (ie, a collection of multiple fibers) can also be arranged in the shape of the light source to increase coupling efficiency. Examples of typical bundle / ribbon structures include 2-36 light diffusing fibers 12 or may include up to several hundred fibers 12. Cable designs, which are assemblies of multiple fibers, are well known and may include ribbons, multiple ribbon assemblies, or fibers collected in tubes. Such fibers may include one or more light diffusing fibers 12.

標識、またはディスプレイ照明などの異なる用途に、光拡散ファイバに結合された明るい連続光源を使用することができる。照明系が、１２５〜３００μｍのコア直径を有する１本のファイバ１２を使用する場合、ファイバ１２に光を供給するための光源として、多モードレーザダイオードを使用できるであろう。一方向に光を向ける反射被覆を有する１本のファイバ１２を使用した例示の照明器具（表示画面のための明るい周辺照明器）が図８Ａに示されている。いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２を有する単一または多数ファイバ照明は、例えば、ボート用の桟橋、釣り糸またはルアーを照らすための水環境、および光拡散ファイバ１２の小さい変動サイズおよび水中に安全に浸漬できる能力が非常に望まれている関連用途において使用できる。光拡散ファイバ１２は、出口照明、通路の照明、室内探知器のための赤外線の放出のために有用であろう、または衣類、特に着用者の視認性をさらに向上させるための保護／反射衣類における糸として使用できる。装飾照明における光拡散ファイバ１２の使用例は多種多様であるが、いくつかの例には、器具の照明効果とエッジ効果、自動車／航空機の照明、または家庭用照明と家具照明における使用がある。   A bright continuous light source coupled to a light diffusing fiber can be used for different applications such as signage or display lighting. If the illumination system uses a single fiber 12 having a core diameter of 125-300 μm, a multimode laser diode could be used as a light source for supplying light to the fiber 12. An exemplary luminaire (a bright ambient illuminator for a display screen) using a single fiber 12 with a reflective coating that directs light in one direction is shown in FIG. 8A. According to some embodiments, single or multi-fiber illumination with light diffusing fibers 12 can be used, for example, for boat piers, water environments for illuminating fishing lines or lures, and small variation sizes of light diffusing fibers 12. And in related applications where the ability to safely immerse in water is highly desired. The light diffusing fiber 12 may be useful for exit lighting, passage lighting, infrared emission for room detectors, or in protective / reflective clothing to further improve the visibility of the wearer, particularly the wearer. Can be used as a thread. There are a wide variety of uses of the light diffusing fiber 12 in decorative lighting, some examples include use in fixture lighting effects and edge effects, automotive / aircraft lighting, or home lighting and furniture lighting.

図８Ｂは、生物学的増殖装置９８およびこの生物学的増殖装置に使用される照明系１００の例示の実施の形態を示しており、生物学的槽１７０は、内部１７２を有するフラスコの形態にある。光源１５０および光結合系１６０が、その光源からの光を光伝導性ファイバの入力端に結合するように構成されている。低散乱光伝導性ファイバ１２Ａの出力端が、光拡散ファイバ１２（光源ファイバ）の入力端に結合されている。図８Ｂの実施の形態において、光源ファイバ１２は一本の逆巻きファイバから形成されている。ファイバ１２を支持構造の周りに巻き付けて、光源ファイバ部分を形成することができ、そこで、導光がファイバの外面から散乱して、実質的に均一な放射線を放出する延長光源を形成することを留意する。光源ファイバ部分における曲げ部が、光拡散ファイバ１２における散乱量を増加させるために形成される。少なくとも一本のファイバを逆巻きすることにより、光源ファイバ部分の長手方向に沿って放出される放射線を減少させる効果を補うことによって、放射線の均一性を増加させることができる。多数のファイバ１２を、各ファイバを光源に結合させて、支持構造の周りに順に巻き付け、これを使用して、非常に長い延長光源を形成することができる。光拡散ファイバ１２は、多種多様な生物学的槽の形状に適合するように構成することができ、光を、生物学的物質１８０の生物学的物質増殖に供給する。この生物学的物質１８０は、例えば、藻類（例えば、藻類コロニー、藻類ブルーム）または細菌（例えば、シアノバクテリア）であってよい。例示の実施の形態において、生物学的物質１８０は、水などの支持媒質１８４中に懸濁されていてよい。   FIG. 8B shows an exemplary embodiment of a biological growth device 98 and the illumination system 100 used in the biological growth device, where the biological bath 170 is in the form of a flask having an interior 172. is there. A light source 150 and an optical coupling system 160 are configured to couple light from the light source to the input end of the photoconductive fiber. The output end of the low scattering photoconductive fiber 12A is coupled to the input end of the light diffusion fiber 12 (light source fiber). In the embodiment of FIG. 8B, the light source fiber 12 is formed from a single reverse wound fiber. Fiber 12 can be wrapped around a support structure to form a source fiber portion, where the light guide is scattered from the outer surface of the fiber to form an extended light source that emits substantially uniform radiation. pay attention to. A bent portion in the light source fiber portion is formed to increase the amount of scattering in the light diffusion fiber 12. By reverse winding at least one fiber, radiation uniformity can be increased by compensating for the effect of reducing the radiation emitted along the length of the source fiber portion. Multiple fibers 12 can be wound around the support structure in turn, with each fiber coupled to a light source and used to form a very long extended light source. The light diffusing fiber 12 can be configured to conform to a wide variety of biological bath configurations, and provides light to the biological material growth of the biological material 180. The biological material 180 may be, for example, an algae (eg, algal colony, algal bloom) or a bacterium (eg, cyanobacteria). In the illustrated embodiment, the biological material 180 may be suspended in a support medium 184 such as water.

例示の実施の形態において、ファイバ１２は、図２に関して上述したような被覆４４を含んでもよい。１つの例示の実施の形態において、被覆４４は、湿った状態での付着を改善する紫外線硬化アクリレート被覆などの親水性被覆層を含む。この被覆層は、ガラスに隣接した低弾性率一次被覆層（典型的に＜３ＭＰａ）および高弾性率二次被覆層（典型的に＞５０ＭＰａ）を含む紫外線硬化性被覆であってよい。高弾性率二次被覆層は、一次（低弾性率）被覆層に隣接しており、その上に配置されている。単層被覆または多層被覆における一層のいずれかとして施される他の被覆、または追加の被覆を使用してもよい。そのような物質の例には、漏光に追加の散乱を提供するための物質を含有する被覆または細胞増殖培地として働く親水性被覆４４Ａ（図示せず）がある。これらの被覆は、ファイバ１２の保護被膜として働いてもよい。   In the illustrated embodiment, the fiber 12 may include a coating 44 as described above with respect to FIG. In one exemplary embodiment, the coating 44 includes a hydrophilic coating layer, such as a UV curable acrylate coating that improves wet adhesion. This coating layer may be a UV curable coating comprising a low modulus primary coating layer (typically <3 MPa) and a high modulus secondary coating layer (typically> 50 MPa) adjacent to the glass. The high modulus secondary coating layer is adjacent to and disposed on the primary (low modulus) coating layer. Other coatings applied as either a single layer coating or a layer in a multilayer coating, or additional coatings may be used. Examples of such materials include a coating containing a material to provide additional scattering to light leakage or a hydrophilic coating 44A (not shown) that serves as a cell growth medium. These coatings may serve as a protective coating for the fiber 12.

被覆４４に使用するための例示の親水性被覆４４Ａは、表面に対する細胞接着および増殖を改善するために一般に使用されるものであり、カルボン酸官能性およびアミン官能性（例えば、アクリル酸またはアクリルアミドを含有する配合物）を含有する。その上、親水性被覆４４Ａは、生物学的物質の増殖に必須の栄養素のための貯留部として働くことによって、強化されてもよい。   An exemplary hydrophilic coating 44A for use in coating 44 is one commonly used to improve cell adhesion and proliferation to a surface, and includes carboxylic acid functionality and amine functionality (eg, acrylic acid or acrylamide). Containing formulation). Moreover, the hydrophilic coating 44A may be strengthened by acting as a reservoir for nutrients essential for the growth of biological material.

いくつかの例示の実施の形態において、被覆４４は、放射光を変える働きをする蛍光または紫外線吸収分子を含む。入力光源の波長とは異なる波長の光を生じるために、被覆中に適切なアップまたはダウン・コンバートする分子を含んでもよい。放射光の色または色相を変えるために、インク被覆層を施してもよい。他の被覆の実施の形態は、ファイバから放出された光に追加の散乱を提供できる分子を含む。さらに別の実施の形態は、光反応の速度を増加させるために使用してよい光活性触媒を被覆上に包含することであろう。そのような触媒の一例は、光触媒としてのルチルＴｉＯ2である。 In some exemplary embodiments, the coating 44 includes fluorescent or ultraviolet absorbing molecules that serve to change the emitted light. Appropriate up- or down-converting molecules may be included in the coating to produce light of a wavelength different from that of the input light source. An ink coating layer may be applied to change the color or hue of the emitted light. Other coating embodiments include molecules that can provide additional scattering to the light emitted from the fiber. Yet another embodiment would include a photoactive catalyst on the coating that may be used to increase the rate of photoreaction. An example of such a catalyst is rutile TiO 2 as a photocatalyst.

いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２は、高分子、金属、またはガラスの被膜（または被覆）内に封じ込められてよく、その被覆または被膜は、２５０μｍ超の最小外径（例えば、直径）を有する。ファイバが金属被覆を有する場合、その金属被覆は、光を所定の区域に優先的に向けるために、開放部分を含んでもよい。これらの追加の被覆または被膜は、ファイバに施された被覆について上述したのと同じ様式で、放出光を変えるまたは反応を触発するための追加の化合物も含有してよい。   According to some embodiments, the light diffusing fiber 12 may be encapsulated within a polymer, metal, or glass coating (or coating) that has a minimum outer diameter (eg, greater than 250 μm (eg, , Diameter). If the fiber has a metal coating, the metal coating may include an open portion to preferentially direct light to a predetermined area. These additional coatings or coatings may also contain additional compounds to alter the emitted light or to trigger a reaction in the same manner as described above for the coating applied to the fiber.

上述したように、光拡散ファイバ１２は、光ファイバの外面に配置された親水性被覆を含んでもよい。また、蛍光種（例えば、紫外線吸収物質）、並びに放出光の追加の散乱を提供できる分子が、光ファイバの被覆中に配置されていてもよい。いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２に結合された光源は、２００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲の光を発生し、ファイバ被覆中の蛍光物質（蛍光種）が、白色光、緑色光、青色光、またはＮＩＲ（近赤外）光のいずれかを発生する。   As described above, the light diffusing fiber 12 may include a hydrophilic coating disposed on the outer surface of the optical fiber. Also, fluorescent species (eg, UV absorbers), as well as molecules that can provide additional scattering of emitted light, may be placed in the coating of the optical fiber. According to some embodiments, the light source coupled to the light diffusing fiber 12 generates light in the wavelength range of 200 nm to 500 nm, and the fluorescent material (fluorescent species) in the fiber coating is white light, green light. , Blue light, or NIR (near infrared) light.

さらに、ファイバの外面に追加の被覆層を設けてもよい。この層は、放出光を変え、被覆材料の相互作用を変更するように構成されてもよい。そのような被覆の例には、以下に限られないが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メタンスルホン酸）、オルトニトロベンジル基、またはそれぞれのアゾベンゼン部分などの物質を含有する被覆があるであろう。   Furthermore, an additional coating layer may be provided on the outer surface of the fiber. This layer may be configured to change the emitted light and change the interaction of the coating material. Examples of such coatings include, but are not limited to, coatings containing substances such as poly (2-acrylamido-2-methanesulfonic acid), orthonitrobenzyl groups, or the respective azobenzene moieties. Let's go.

照明系のいくつかの例示の実施の形態は、（ｉ）２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の波長λを少なくとも１つ有する光を発生する光源、および（ｉｉ）少なくとも１つの光拡散光ファイバ１２を含む。ファイバ１２は、コア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの界面に位置する複数のナノサイズ構造３２を含む。この光ファイバはさらに、外面、および光源に光学的に結合した少なくとも１つの端部を含む。上述したように、光拡散光ファイバ１２は、空隙などのナノサイズ構造を通じて導光をコアから離して外面を通じて散乱させて、長さに亘り実質的に均一な放射線を放出する、長さを有する光源ファイバ部分を形成するように構成されている。光拡散光ファイバ１２は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ、または１μｍから２μｍ）内の１つ以上の波長について、５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有する。ファイバ１２は、ナノサイズ構造３２を介してコア２０から離れ、特定の区域内の外面を通じて光を優先的に拡散させる様に、その中に形成された複数の曲げ部を有してもよい。散乱光の照明強度の偏差は、長手方向に沿った最大散乱照明強度の３０％未満であることが好ましい。いくつかの実施の形態によれば、散乱誘起減衰は、１００ｄＢ／ｋｍと６０００ｄＢ／ｋｍとの間、またはそれより高い。いくつかの実施の形態において、ファイバ１２の散乱による減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長につい、６０００ｄＢ／ｋｍから２００００ｄＢ／ｋｍである。いくつかの実施の形態によれば、ファイバ１２は０．５ｍと１００ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長について、３００ｄＢ／ｋｍと５０００ｄＢ／ｋｍの間、および／またはファイバの長さ当たり３ｄＢ超である。他の実施の形態において、ファイバ１２は０．１ｍと０．５ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長について、５０００ｄＢ／ｋｍと２０，０００ｄＢ／ｋｍの間にある。ナノサイズ構造３２が、直径が１０ｎｍ超、好ましくは５０ｎｍ超、より好ましくは１００ｎｍ超である気体充満空隙（例えば、ＳＯ2充満空隙）であることが好ましい。ファイバのクラッドが、ガラスまたはポリマーのいずれかであり、少なくとも２０μｍ厚であることが好ましい。このクラッドは、前記コアと組み合わせて、０．２以上のＮＡを提供する。上述したように、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性（最大強度から約３０％以内、好ましくは最大強度から約２０％以内、より好ましくは最大強度から約１０％以内）は、線引きプロセス中のファイバの張力を制御することによって、達成できる。先に論じたように、照明の均一性は、光源に結合したファイバの端部と反対のファイバの端部に結合した反射器を使用することによって、さらに減少させることができる。 Some exemplary embodiments of the illumination system include (i) a light source that generates light having at least one wavelength λ in the range of 200 nm to 2000 nm, and (ii) at least one light diffusing optical fiber 12. The fiber 12 includes a core, a cladding, and a plurality of nano-sized structures 32 located within or at the core-cladding interface. The optical fiber further includes an outer surface and at least one end optically coupled to the light source. As described above, the light diffusing optical fiber 12 has a length that scatters the light guide away from the core through the outer surface through a nano-sized structure, such as an air gap, and emits substantially uniform radiation over its length. A light source fiber portion is formed. The light diffusing optical fiber 12 has a scattering induced attenuation greater than 50 dB / km for one or more wavelengths in the 200 nm to 2000 nm range (eg, 400-700 nm, or 1 μm to 2 μm). The fiber 12 may have a plurality of bends formed therein to separate light from the core 20 via the nano-sized structure 32 and preferentially diffuse light through the outer surface in a particular area. The deviation of the scattered light illumination intensity is preferably less than 30% of the maximum scattered illumination intensity along the longitudinal direction. According to some embodiments, the scattering induced attenuation is between 100 dB / km and 6000 dB / km or higher. In some embodiments, the attenuation due to scattering of the fiber 12 is 6000 dB / km to 20000 dB / km for one or more wavelengths in the 200 nm to 2000 nm range. According to some embodiments, the fiber 12 has a length between 0.5 m and 100 m and the scattering-induced attenuation is 300 dB / km and 5000 dB for one or more wavelengths in the 200 nm to 2000 nm range. / Km and / or greater than 3 dB per fiber length. In other embodiments, the fiber 12 has a length between 0.1 m and 0.5 m, and the scattering induced attenuation is 5000 dB / km and 20, for one or more wavelengths in the 200 nm to 2000 nm range. 000 dB / km. The nano-sized structure 32 is preferably a gas filled void (eg, SO 2 filled void) having a diameter greater than 10 nm, preferably greater than 50 nm, more preferably greater than 100 nm. The fiber cladding is preferably either glass or polymer and is at least 20 μm thick. This cladding, in combination with the core, provides an NA of 0.2 or greater. As mentioned above, the uniformity of illumination along the length of the fiber (within about 30% from the maximum intensity, preferably within about 20% from the maximum intensity, more preferably within about 10% from the maximum intensity) is the draw process. This can be achieved by controlling the tension of the fiber inside. As discussed above, illumination uniformity can be further reduced by using a reflector coupled to the end of the fiber opposite the end of the fiber coupled to the light source.

それゆえ、いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバ１２は、光を散乱させるためのナノ構造により少なくとも部分的に充満したコア、そのコアを取り囲むクラッド、およびそのクラッドを取り囲む少なくとも１つの被覆を含む。例えば、コアとクラッドは、一次被覆層と二次被覆層、および／またはインク層により取り囲まれていてよい。いくつかの実施の形態において、インク層は、追加の吸収を提供し、かつファイバにより散乱された光のスペクトルを変える（例えば、拡散光に追加の色を提供する）ための顔料を含有する。他の実施の形態において、被覆層の１つ以上は、ファイバ被覆から発散される光（ファイバにより拡散される光）が異なる波長であるように、ファイバのコアを通って伝搬する光の波長を変換する分子を含む。いくつかの実施の形態において、インク層および／または被覆層は、コアからの散乱光を異なる波長の光に変換するために、リンを含んでもよい。いくつかの実施の形態において、リンおよび／または顔料が一次被覆中に分散されている。いくつかの実施の形態において、顔料が二次被覆中に分散されており、いくつかの実施の形態において、顔料が一次被覆と二次被覆中に分散されている。いくつかの実施の形態において、リンおよび／または顔料が高分子クラッド中に分散されている。ナノ構造が、ＳＯ2が充満した空隙であることが好ましい。 Therefore, according to some embodiments, the light diffusing optical fiber 12 includes a core at least partially filled with nanostructures for scattering light, a cladding surrounding the core, and at least one surrounding the cladding. Includes one coating. For example, the core and cladding may be surrounded by a primary coating layer, a secondary coating layer, and / or an ink layer. In some embodiments, the ink layer contains pigments to provide additional absorption and alter the spectrum of light scattered by the fiber (eg, to provide additional color to diffuse light). In other embodiments, one or more of the coating layers may be configured to reduce the wavelength of light propagating through the fiber core so that light emitted from the fiber coating (light diffused by the fiber) is at a different wavelength. Contains molecules to convert. In some embodiments, the ink layer and / or coating layer may include phosphorous to convert scattered light from the core into light of different wavelengths. In some embodiments, phosphorus and / or pigments are dispersed in the primary coating. In some embodiments, the pigment is dispersed in the secondary coating, and in some embodiments, the pigment is dispersed in the primary and secondary coatings. In some embodiments, phosphorus and / or pigments are dispersed in the polymer cladding. Nanostructures, it is preferable that the voids SO 2 is filled.

いくつかの実施の形態によれば、光ファイバ１２は、一次被覆、その一次被覆を取り囲む随意的な二次被覆および／またはインク層（例えば、クラッド上に直接、または被覆の１つの上に配置された）を含む。一次および／または二次被覆は、顔料、リン、蛍光物質、紫外線吸収物質、親水性物質、光変更物質、またはそれらの組合せの少なくとも１つを含んでよい。   According to some embodiments, the optical fiber 12 is disposed in a primary coating, an optional secondary coating and / or an ink layer surrounding the primary coating (eg, directly on the cladding or on one of the coatings). Included). The primary and / or secondary coating may include at least one of a pigment, phosphorus, a fluorescent material, a UV absorbing material, a hydrophilic material, a light modifying material, or combinations thereof.

複数の光拡散ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の少なくとも１つに一緒に束ねることができる。ファイバ束またはリボン（すなわち、多数のファイバの集合体）も、結合効率を増加させるために、光源の形状に配列させることもできる。典型的な束／リボン構造は、例えば、２から３６本の光拡散ファイバ１２を含んで差し支えなく、またはファイバの過剰な積重ねにより、数百本までのファイバ１２を含んでもよい。   The plurality of light diffusion fibers 12 can be bundled together in at least one of a ribbon, a ribbon stack, or a round bundle. Fiber bundles or ribbons (ie, a collection of multiple fibers) can also be arranged in the shape of a light source to increase coupling efficiency. A typical bundle / ribbon structure may include, for example, 2 to 36 light diffusing fibers 12 or may include up to several hundred fibers 12 due to excessive stacking of fibers.

上述したように、光ファイバは、光ファイバの外面に配置された親水性被覆を含んでもよい。あるいは、親水性被覆がファイバリボンの外面に配置されていてもよい。リボンも、光拡散ファイバ１２と光源との間の結合を良好にするために、光源の形状に配列されていてよい。リボン構造に由来する利点は、リボンは、波形、ヘリックス(helices)、または螺旋形などの曲げ構造を形成し、それによって、光を所望の区域に散乱させられるので、個々のファイバの巻付けは必要ないかもしれないことである。さらに、マルチファイバリボンの使用により、リボンの大きい積層体を有する可能性が適う。そのようなリボン積層体は、より集中した量の光を提供し、また赤色レーザ、日光、発光ダイオード、または点光源の導波などの、様々な光源を使用する可能性を開くであろう。例えば、１つの実施の形態によれば、複数の光拡散光ファイバ１２は、単一光源または複数の光源いずれに光学的に結合していてもよく、一方で、光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の内の１つに一緒に束ねられている。さらに、光拡散ファイバ１２の束またはリボンは、最小の損失で光を光拡散ファイバに向けることのできる伝送ファイバによって光源に接続されていてもよい。この後者の構成は、光を送達すべき区域から遠くにある光源から光が集められる遠隔照明用途にとって非常に有用であると期待できる。   As described above, the optical fiber may include a hydrophilic coating disposed on the outer surface of the optical fiber. Alternatively, a hydrophilic coating may be disposed on the outer surface of the fiber ribbon. Ribbons may also be arranged in the shape of the light source in order to improve the coupling between the light diffusing fiber 12 and the light source. The advantage derived from the ribbon structure is that the ribbons form bent structures such as corrugations, helices, or spirals, thereby scattering the light to the desired area, so that the wrapping of individual fibers is That may not be necessary. Furthermore, the use of multi-fiber ribbons has the potential to have a large stack of ribbons. Such ribbon stacks provide a more concentrated amount of light and will open the possibility of using various light sources such as red lasers, sunlight, light emitting diodes, or point light source wave guides. For example, according to one embodiment, the plurality of light diffusing optical fibers 12 may be optically coupled to either a single light source or a plurality of light sources, while the light diffusing optical fiber 12 is a ribbon. , Ribbon stack, or bundled together in one round bundle. Further, the bundle or ribbon of light diffusing fibers 12 may be connected to the light source by a transmission fiber that can direct light to the light diffusing fiber with minimal loss. This latter configuration can be expected to be very useful for remote lighting applications where light is collected from a light source that is far from the area to which the light is to be delivered.

いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、（１）ガラスコア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの境界に位置する複数のナノサイズ構造を含み、さらに外面を含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、（２）１つ以上の被覆を含み、よってクラッドまたは少なくとも１つの被覆のいずれかがリンまたは顔料を含む。いくつかの実施の形態によれば、これらの顔料は、ファイバの外面により提供される照明（拡散光）が、ファイバのコアを通って伝搬される光の波長とは異なる波長のものであるように、光の波長を変えることができてもよい。ナノ構造が、ＳＯ2が充満した空隙であることが好ましい。 According to some embodiments, the light diffusing optical fiber comprises (1) a glass core, a cladding, and a plurality of nano-sized structures located in or at the core-cladding boundary, and further including an outer surface; (I) is configured to scatter the light guide through the outer surface away from the core through the nano-sized structure, and (ii) have scattering-induced attenuation greater than 50 dB / km at the illumination wavelength, (2) one Including the above coatings, so either the cladding or at least one coating contains phosphorus or pigment. According to some embodiments, these pigments are such that the illumination (diffused light) provided by the outer surface of the fiber is of a different wavelength than the wavelength of the light propagated through the fiber core. In addition, it may be possible to change the wavelength of light. Nanostructures, it is preferable that the voids SO 2 is filled.

いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、ガラスコア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの境界に位置する複数のナノサイズ構造を含む。この光ファイバは、外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、コア全体がナノサイズ構造を含む。そのようなファイバは、必要に応じて、少なくとも１つの被覆を含み、よって、クラッドまたは少なくとも１つの被覆のいずれかがリンまたは顔料を含む。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。 According to some embodiments, the light diffusing optical fiber includes a glass core, a cladding, and a plurality of nano-sized structures located within or at the core-cladding boundary. The optical fiber further includes an outer surface, (i) scatters the light guide through the outer surface away from the core via the nano-sized structure, and (ii) has a scattering-induced attenuation greater than 50 dB / km at the illumination wavelength. And the entire core includes a nano-sized structure. Such fibers optionally include at least one coating, and thus either the cladding or the at least one coating includes phosphorus or pigment. According to some embodiments, the nanostructures are SO 2 filled voids.

いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、ガラスコア、およびコア全体がナノ構造を含むようにコア内に位置する複数のナノサイズ構造を含み、この光ファイバは外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、ファイバはクラッドを含まない。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。ナノ構造区域内のＳＯ2充満空隙は、散乱に大きく寄与する（散乱を改善する）。 According to some embodiments, the light diffusing optical fiber includes a glass core and a plurality of nano-sized structures positioned within the core such that the entire core includes nanostructures, the optical fiber further including an outer surface. , (I) scatters the light guide through the outer surface away from the core through the nano-sized structure, and (ii) is configured to have scattering-induced attenuation greater than 50 dB / km at the illumination wavelength, and the fiber is clad Not included. According to some embodiments, the nanostructures are SO 2 filled voids. The SO 2 filled voids in the nanostructured area contribute significantly to scattering (improve scattering).

いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、ガラスコア、およびコア全体がナノ構造を含むようにコア内に位置する複数のナノサイズ構造を含み、この光ファイバは外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、ファイバはクラッドを含まない。いくつかの実施の形態によれば、ファイバは、クラッドまたは被覆のいずれかがリンまたは顔料を含むように少なくとも１つの被覆を含む。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。上述したように、ナノ構造区域内のＳＯ2充満空隙は、散乱に大きく寄与する（散乱を改善する）。 According to some embodiments, the light diffusing optical fiber includes a glass core and a plurality of nano-sized structures positioned within the core such that the entire core includes nanostructures, the optical fiber further including an outer surface. , (I) scatters the light guide through the outer surface away from the core through the nano-sized structure, and (ii) is configured to have scattering-induced attenuation greater than 50 dB / km at the illumination wavelength, and the fiber is clad Not included. According to some embodiments, the fiber includes at least one coating such that either the cladding or the coating includes phosphorus or a pigment. According to some embodiments, the nanostructures are SO 2 filled voids. As described above, SO 2 filled voids in the nanostructured area contribute significantly to scattering (improve scattering).

図９は、透明パネル２１６に光学的に結合された光拡散導波路２１２，２１４を含む照明カラー表示パネル２１０を示している。光を光拡散導波路またはファイバから透明シートまたはパネルに結合するためのシステムおよび方法は、同時係属特許出願（代理人事件番号Ｄ−２２４３０）に記載されており、その内容をここに引用する。光拡散導波路から透明パネルへの光の結合は、その導波路をパネルのエッジに直接隣接して（例えば、パネルのエッジに接触して、および／またはパネルのエッジに直接隣接したパネルの主平面と接触して）配置することによって達成できる。一般に、透明パネル２１６は、平らでも、湾曲していても差し支えなく、様々な透明ガラスおよび／または透明ポリマー材料から製造することができ、その例としては、透明なポリカーボネートおよびポリメチルメタクリレート、並びにコーニング社(Corning)のＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスなどの様々な市販のガラスが挙げられる。使用環境に応じて、典型的に少なくとも０．３ｍｍ、より好ましくは少なくとも０．７ｍｍである厚さを含む、ガラスパネルの寸法は、著しく様々であってよい。一般に、「透明」という用語は、パネルが、可視波長範囲の光を透過できることを意味し、より典型的に、可視波長範囲内で吸収する光よりも多く光を透過させることのできるパネルを称する。   FIG. 9 shows an illumination color display panel 210 that includes light diffusing waveguides 212, 214 that are optically coupled to a transparent panel 216. A system and method for coupling light from a light diffusing waveguide or fiber to a transparent sheet or panel is described in co-pending patent application (Attorney Case No. D-22430), the contents of which are hereby incorporated by reference. The coupling of light from a light diffusing waveguide to a transparent panel can be achieved by placing the waveguide directly adjacent to the edge of the panel (eg, touching and / or directly adjacent to the edge of the panel). This can be achieved by placing it in contact with a plane. In general, the transparent panel 216 can be flat or curved and can be made from a variety of transparent glasses and / or transparent polymeric materials, such as transparent polycarbonate and polymethylmethacrylate, and Corning Various commercially available glasses such as Gorilla® glass from Corning. Depending on the environment of use, the dimensions of the glass panel, including a thickness that is typically at least 0.3 mm, more preferably at least 0.7 mm, can vary significantly. In general, the term “transparent” means that the panel can transmit light in the visible wavelength range, and more typically refers to a panel that can transmit more light than it absorbs in the visible wavelength range. .

光は、１つまたは複数の光拡散導波路から透明パネル中に、そのパネルの少なくとも１つのエッジに沿って（導波路２１４の場合のように）、またはエッジに直接隣接した位置で（導波路２１２に示されるように）結合される。光は、多数のエッジからおよび／または多数のエッジに隣接して、透明パネル２１６に結合されてもよい。導波路２１２，２１４から透明パネル２１６に光を向けなおすために、反射器２１８を必要に応じて使用してもよい。   Light enters the transparent panel from one or more light diffusing waveguides, along at least one edge of the panel (as in the case of waveguide 214), or at a position immediately adjacent to the edge (waveguide) (As shown at 212). Light may be coupled to the transparent panel 216 from multiple edges and / or adjacent to multiple edges. A reflector 218 may be used as needed to redirect light from the waveguides 212, 214 to the transparent panel 216.

透明パネル２１６の反対の主平（または湾曲）面の少なくとも一方または両方に、発光団２２０，２２２が配置されている。主面の一方または両方にどのような所望のパターンでいくつの発光団が施されていてもよい。発光団は、通常は実質的に透明であり、所定の波長の光が透明パネル２１６に結合されたときに選択された光を放出するように選択されてよい。   The luminophores 220 and 222 are disposed on at least one or both of the opposite main flat (or curved) surfaces of the transparent panel 216. Any number of luminophores may be applied in any desired pattern on one or both of the major surfaces. The luminophore is typically substantially transparent and may be selected to emit selected light when light of a predetermined wavelength is coupled to the transparent panel 216.

図１０は、透明パネル２１６’に結合したただ１本の光拡散導波路２１２’を有する類似の照明カラー表示パネル２１０’を図解している。しかしながら、透明パネル２１６’に１種類以上の発光団をあるパターンで施すのではなく、異なる発光団の混合物がパネル２１６’の片面にあるパターンで施されている。これにより、異なる波長の多数の光源を、光拡散導波路２１２’に結合することができ、異なる光源の各々は、施された混合物２２４において１つの異なる発光団を励起し、それによって、導波路２１２’に結合された光源の色（波長）に応じて、色が変わるパターンを提供できる。   FIG. 10 illustrates a similar illuminated color display panel 210 'having only one light diffusing waveguide 212' coupled to a transparent panel 216 '. However, instead of applying one or more luminophores in a pattern to the transparent panel 216 ', a mixture of different luminophores is applied in a pattern on one side of the panel 216'. This allows multiple light sources of different wavelengths to be coupled to the light diffusing waveguide 212 ′, each of the different light sources exciting one different luminophore in the applied mixture 224, thereby providing a waveguide. Depending on the color (wavelength) of the light source coupled to 212 ′, a pattern that changes color may be provided.

図１１は、異なる波長で光を放出する３つの異なる光源２３０，２３２および２３４に結合されたパネル２１６’を照らすために使用されるただ１本のファイバ２１２’を図解している。   FIG. 11 illustrates a single fiber 212 'that is used to illuminate a panel 216' coupled to three different light sources 230, 232 and 234 that emit light at different wavelengths.

図１２は、異なる光源２３０，２３２および２３４の各々が複数の異なるファイバ２１８ａ，２１８ｂおよび２１８ｃの各々に結合されていることを除いて、図１１に示されたものと同じ概念を図解している。   FIG. 12 illustrates the same concept as shown in FIG. 11, except that each of the different light sources 230, 232, and 234 is coupled to each of a plurality of different fibers 218a, 218b, and 218c. .

光源２３０，２３２および２３４の強度は、１本の光拡散ファイバまたは光拡散ファイバの束または光拡散ファイバのリボンにおいて、もしくは透明ジャケットを有する光拡散ファイバのケーブル版において、色を変調するように変えることができる。ファイバを保護するために、建物、船舶、車両などの機械的に要求が厳しい状況でケーブルを使用することができる。   The intensity of the light sources 230, 232, and 234 is varied to modulate the color in a single light diffusing fiber or bundle of light diffusing fibers or ribbons of light diffusing fibers, or in cable versions of light diffusing fibers having a transparent jacket. be able to. To protect the fiber, the cable can be used in mechanically demanding situations such as buildings, ships, vehicles, etc.

透明パネル上に永久的な蛍光および／またはリン光の印を持たせると、照明源から１つおよび／または複数の発光団を分離することによる重要な利点を提供できる。光拡散導波路は、４０５ナノメートルの波長で放出されるレーザなどの近紫外線源による照明を提供できる。ディスプレイガラスに結合された近紫外線はある程度の損失を被るが、そのような損失は、これらのガラスのＵＶエッジが３６０から３８０ナノメートル辺りにあるので、取るに足らない。光源からの光による活性化の際に発光団から放出される色は、異なる色を得るために混合しても差し支えなく、または１本のファイバ、ファイバの束またはファイバのリボンに異なる色の光源を使用してもよい。実際の照明地点からの光源の分離は、代わりの技術を使用して容易に達成できない設計に融通性をもたらす。   Having a permanent fluorescent and / or phosphorescent mark on the transparent panel can provide significant advantages by separating one and / or multiple luminophores from the illumination source. The light diffusing waveguide can provide illumination by a near ultraviolet source such as a laser emitted at a wavelength of 405 nanometers. Near UV light coupled to display glasses suffers some loss, but such loss is insignificant because the UV edges of these glasses are around 360 to 380 nanometers. The colors emitted from the luminophore upon activation by light from the light source can be mixed to obtain different colors, or light sources of different colors in a single fiber, fiber bundle or fiber ribbon May be used. The separation of the light source from the actual illumination spot provides flexibility in designs that are not easily achievable using alternative techniques.

先の説明は、ある実施の形態の例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要を提供することが意図されているのを理解すべきである。図面は、特許請求の範囲へのさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、実施の形態の様々な特徴を図解しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。   It should be understood that the foregoing description is illustrative of certain embodiments and is intended to provide an overview to understand the nature and characteristics of the claims. The drawings are included to provide a further understanding of the claims, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate various features of the embodiments, and together with the description serve to explain the principles and operation of the claimed subject matter.

様々な改変および変更が、特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱せずに行えることが当業者には明白であろう。   It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit or scope of the claims.

１２ 光拡散光ファイバ
１６ 中心線
２０ コア
２２ 中実中央部分
２６ ナノ構造環部分、内側環状コア領域
２８ 外側中実部分
３２ ナノサイズ構造
４０ クラッド
４４ 被覆
４８ 側面
１５０、２３０、２３２、２３４ 光源
１６０ 光結合系
１７０ 生物学的槽
１８０ 生物学的物質
２１０、２１０’ 照明カラー表示パネル
２１２、２１２’、２１４、 光拡散導波路
２１６、２１６’ 透明パネル
２１８ 反射器
２２０、２２２ 発光団 12 Light Diffusing Optical Fiber 16 Centerline 20 Core 22 Solid Central Portion 26 Nanostructure Ring Portion, Inner Ring Core Region 28 Outer Solid Portion 32 Nanosize Structure 40 Cladding 44 Coating 48 Side 150, 230, 232, 234 Light Source 160 Light Combined system 170 Biological bath 180 Biological material 210, 210 ′ Illuminated color display panel 212, 212 ′, 214, Light diffusion waveguide 216, 216 ′ Transparent panel 218 Reflector 220, 222 Luminescent group

Claims (10)

照明カラー表示パネルにおいて、
少なくとも１つの光拡散導波路、
前記少なくとも１つの光拡散導波路に結合した少なくとも１つの光源、および
透明パネルであって、該透明パネルの少なくとも１つの主平面に所定のパターンで配置された少なくとも１つの発光団を有する透明パネル、
を備え、光が、前記パネルのエッジでまたはそれに隣接して、前記光拡散導波路から結合されて、前記少なくとも１つの発光団から着色光を放出させる、照明カラー表示パネル。 In the lighting color display panel,
At least one light diffusion waveguide;
At least one light source coupled to the at least one light diffusing waveguide; and a transparent panel having at least one luminophore disposed in a predetermined pattern on at least one major plane of the transparent panel;
An illuminated color display panel, wherein light is coupled from the light diffusing waveguide at or adjacent to the edge of the panel to emit colored light from the at least one luminophore. 前記光拡散導波路が、
（ｉ）ガラスコアであって、
（ａ）前記コア内に複数のナノサイズ構造を有する領域であって、前記光拡散導波路が照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように、前記ナノサイズ構造を介して外面に向かって導光を散乱させるように構成されたナノサイズ構造を有する領域と、
（ｂ）前記複数のナノサイズ構造を有する領域よりも高い屈折率デルタを有する、該複数のナノサイズ構造を有する領域を取り囲む中実ガラス領域と、
を含むガラスコア、および
（ｉｉ）前記コアを取り囲む低屈折率クラッドであって、前記中実ガラス領域よりも低い屈折率デルタを有するクラッド、
を含む、請求項１記載の照明カラー表示パネル。 The light diffusion waveguide is
(I) a glass core,
(A) a region having a plurality of nano-sized structures in the core, wherein the light diffusing waveguide has a scattering-induced attenuation of more than 50 dB / km at an illumination wavelength, and is disposed on the outer surface through the nano-sized structures. A region having a nano-sized structure configured to scatter the light guide toward the
(B) a solid glass region surrounding the region having the plurality of nanosize structures, having a higher refractive index delta than the region having the plurality of nanosize structures;
(Ii) a low refractive index cladding surrounding the core, the cladding having a lower refractive index delta than the solid glass region;
The illumination color display panel according to claim 1, comprising: 前記低屈折率クラッドが、（ｉ）シリカに対して−０．５％未満の屈折率デルタを有する、および／または（ｉｉ）ガラスまたはポリマーである、請求項２記載の照明カラー表示パネル。   The illuminated color display panel of claim 2, wherein the low index cladding (i) has a refractive index delta of less than -0.5% relative to silica and / or (ii) glass or polymer. 前記コアが、５０μｍ超かつ５００μｍ未満の直径、および／または０．２超の開口数を有する、請求項２記載の照明カラー表示パネル。   The illuminated color display panel according to claim 2, wherein the core has a diameter greater than 50 μm and less than 500 μm, and / or a numerical aperture greater than 0.2. （ｉ）前記光源が、前記発光団により吸収され、該発光団から選択された色に対応する異なる波長で再放出される紫外線源または青色光源であり、（ｉｉ）光を吸収するおよび／または異なる波長で光を放出する異なる発光団の複数のパターンが提供される、請求項１記載の照明カラー表示パネル。   (I) the light source is an ultraviolet or blue light source that is absorbed by the luminophore and re-emitted at a different wavelength corresponding to a color selected from the luminophore; (ii) absorbs light and / or The illuminated color display panel of claim 1, wherein multiple patterns of different luminophores that emit light at different wavelengths are provided. 異なる波長で光を放出する複数の異なる光源が、前記導波路に結合されて、少なくとも１つの発光団と相互作用する、請求項５記載の照明カラー表示パネル。   6. An illuminated color display panel according to claim 5, wherein a plurality of different light sources emitting light at different wavelengths are coupled to the waveguide and interact with at least one luminophore. 前記異なる光源の１つまたは複数の強度が、所望の視覚効果を作り出すために独立して変えられる、請求項６記載の照明カラー表示パネル。   The illuminated color display panel of claim 6, wherein one or more intensities of the different light sources are independently varied to produce a desired visual effect. 複数の光拡散導波路が束、リボンまたはケーブル内に配列され、該束、リボンまたはケーブル内の光拡散導波路の各々が光源に結合されている、請求項１記載の照明カラー表示パネル。   The illumination color display panel according to claim 1, wherein a plurality of light diffusion waveguides are arranged in a bundle, ribbon or cable, and each of the light diffusion waveguides in the bundle, ribbon or cable is coupled to a light source. 前記導波路がファイバである、請求項２記載の照明カラー表示パネル。   The illumination color display panel according to claim 2, wherein the waveguide is a fiber. 前記ナノサイズ構造が、気体が充満した空隙である、請求項２記載の照明カラー表示パネル。   The illumination color display panel according to claim 2, wherein the nano-sized structure is a space filled with a gas.
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