JPH09159845A - Hollow waveguide and its production as well as light transmission method - Google Patents
Hollow waveguide and its production as well as light transmission methodInfo
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- JPH09159845A JPH09159845A JP7317911A JP31791195A JPH09159845A JP H09159845 A JPH09159845 A JP H09159845A JP 7317911 A JP7317911 A JP 7317911A JP 31791195 A JP31791195 A JP 31791195A JP H09159845 A JPH09159845 A JP H09159845A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、可視領域ばかりで
なく、石英系光ファイバでは伝送できない赤外波長帯や
紫外波長帯など、広範囲の波長帯における光を伝送可能
な中空導波路及びその製造方法並びに光伝送方法に関す
るものであり、かかる本発明の中空導波路は医療、工業
加工、計測、分析、化学等の分野で有用である各種レー
ザ光の伝送に好適な可撓性を有する中空導波路である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hollow waveguide capable of transmitting light in a wide range of wavelength bands such as an infrared wavelength band and an ultraviolet wavelength band which cannot be transmitted by a silica optical fiber, as well as in the visible region, and its manufacture. The present invention relates to a method and an optical transmission method, and the hollow waveguide of the present invention is a hollow waveguide having flexibility suitable for transmission of various laser beams useful in the fields of medical treatment, industrial processing, measurement, analysis, chemistry and the like. It is a waveguide.
【０００２】[0002]
【従来の技術】波長２μｍ以上の赤外光は、医療、工業
加工、計測、分析、化学等様々な分野で利用されてい
る。特に、波長２．９４μｍ帯のＥｒ−ＹＡＧレーザ、
５μｍ帯のＣＯレーザ、１０．６μｍ帯のＣＯ2 レーザ
は、発振効率が高く高出力が得られ、また水に対しても
大きな吸収をもつため、医療用の治療機器や工業加工用
などの光源として極めて重要である。2. Description of the Related Art Infrared light having a wavelength of 2 μm or more is used in various fields such as medical treatment, industrial processing, measurement, analysis and chemistry. In particular, an Er-YAG laser with a wavelength of 2.94 μm band,
The 5 μm band CO laser and the 10.6 μm band CO 2 laser have high oscillation efficiency and high output, and also have large absorption for water, so they are light sources for medical treatment equipment and industrial processing. Is extremely important as
【０００３】ところで、従来の通信用に使用されている
石英系光ファイバは、波長２μｍ以上では分子振動によ
る赤外吸収が大きくなり極めて高損失となる。このため
これらのレーザ光を伝送する導波路として石英系の光フ
ァイバを使用することができない。By the way, in a conventional silica-based optical fiber used for communication, infrared absorption due to molecular vibration becomes large at a wavelength of 2 μm or more, resulting in extremely high loss. Therefore, a silica-based optical fiber cannot be used as a waveguide for transmitting these laser lights.
【０００４】そこで応用範囲の広い赤外波長帯で用いる
新しいタイプの光導波路の開発が活発となっている。現
在、研究開発がなされている波長２μｍ以上の赤外光用
の導波路は、充実タイプのいわゆる赤外ファイバと中空
導波路に大別できる。Therefore, development of a new type of optical waveguide used in an infrared wavelength band having a wide range of applications has been active. At present, waveguides for infrared light having a wavelength of 2 μm or more, which are currently being researched and developed, can be roughly classified into solid type so-called infrared fibers and hollow waveguides.
【０００５】赤外ファイバの材料を分類すると、重金属
酸化物ガラス（ＧｅＯ2 ，ＧｅＯ2−Ｓｂ3 Ｏ3 等）、
カルコゲナイドガラス（Ａｓ−Ｓ，Ａｓ−Ｓｅ等）、そ
してハロゲン化物に分けられる。ハロゲン化物は、さら
にハライドガラス（ＺｎＣｌ2 ，ＣｄＦ3 −ＢａＦ2 −
ＺｒＦ4 等）、結晶性金属ハロゲン化物（ＫＲＳ−５，
ＡｇＣｌ，ＡｇＢｒ，ＫＣｌ等）に分けられる。When the materials of the infrared fiber are classified, heavy metal oxide glass (GeO 2 , GeO 2 —Sb 3 O 3 etc.),
It is divided into chalcogenide glass (As-S, As-Se, etc.) and halide. Halides are further halide glasses (ZnCl 2 , CdF 3 —BaF 2 —
ZrF 4, etc.), crystalline metal halides (KRS-5,
AgCl, AgBr, KCl, etc.).
【０００６】中空導波路も構造、材料、形状の観点から
種々の導波路が提案、試作されている。その中で特に金
属パイプ内部に高反射コーティングを施した誘電体内装
金属中空導波路は、大電力伝送のレーザ加工に適用する
ことを目的として提案されたものであり、ゲルマニウム
や硫化亜鉛等の誘電体となる無機材料の薄膜をニッケル
等の金属パイプの内壁に形成した導波路が開発されてい
る。この導波路は、まずエッチング可能なアルミニウム
等の母材となるパイプの外周にゲルマニウムや硫化亜鉛
等の薄膜をスパッタリング法により形成し、さらにその
外周に電気めっき法によって厚肉のニッケル層を形成
し、最後に母材パイプを化学的にエッチング除去するこ
とにより製造される。また、ゲルマニウムや硫化亜鉛薄
膜と機械的強度を保つための厚肉ニッケル層との間に銀
薄膜を介在させて、さらなる低損失な導波路を得ること
もできる。これまでに伝送損失０．０５dB/m、伝送容量
３kWを達成し、金属板の切断および溶接に十分なエネル
ギーを伝送できることが確認されている。このような中
空導波路は、充実タイプの赤外ガラスファイバと比較し
て、入出力端での反射が少なく、また冷却効率が高いの
で、特に大電力伝送に有利である。Various hollow waveguides have been proposed and prototyped from the viewpoints of structure, material and shape. Among them, the dielectric hollow metal waveguide with a highly reflective coating on the inside of the metal pipe has been proposed for the purpose of laser processing of high power transmission, and dielectric such as germanium or zinc sulfide is proposed. A waveguide has been developed in which a thin film of an inorganic material to be a body is formed on the inner wall of a metal pipe such as nickel. In this waveguide, a thin film of germanium, zinc sulfide, etc. is first formed on the outer circumference of a pipe that is a base material such as aluminum that can be etched by a sputtering method, and a thick nickel layer is further formed on the outer circumference by an electroplating method. Finally, it is manufactured by chemically etching away the base material pipe. Further, by interposing a silver thin film between a germanium or zinc sulfide thin film and a thick nickel layer for maintaining mechanical strength, it is possible to obtain a waveguide with a further lower loss. It has been confirmed that a transmission loss of 0.05 dB / m and a transmission capacity of 3 kW have been achieved so far, and sufficient energy for cutting and welding metal plates can be transmitted. Such a hollow waveguide has less reflection at the input and output ends and higher cooling efficiency than a solid type infrared glass fiber, and is thus particularly advantageous for high power transmission.
【０００７】一方、紫外領域においても、エキシマレー
ザ等レーザ化学の分野で重要な光源が存在する。しかし
充実タイプの光ファイバでは、レイリー散乱により短波
長ほど損失が急増し伝送路として使用することが本質的
にできない。そのため従来このような紫外領域における
導波路の研究開発はほとんどなされていない。On the other hand, even in the ultraviolet region, there are important light sources in the field of laser chemistry such as excimer laser. However, in a full-type optical fiber, the loss increases sharply for shorter wavelengths due to Rayleigh scattering, and it is essentially impossible to use it as a transmission line. Therefore, almost no research and development of waveguides in the ultraviolet region have been made so far.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、赤外波長帯
で用いる充実タイプの光ファイバは、一般に屈折率が高
く光入力端での反射損が大きいため大電力伝送には不利
である。特に上述した従来のガラス質の光ファイバは、
一般に融点や軟化点が低いため、わずかな損失でも光フ
ァイバ端面に損傷が生じやすい。また透過域もほとんど
が波長６〜７μｍ以下でＣＯ2 レーザ光を伝送すること
は困難である。結晶性の赤外ファイバは、透過域がＣＯ
2 レーザの波長帯１０．６μｍまで達するものもある
が、繰り返し曲げにより塑性変形が生じたり、また潮解
性が大きいなど長期信頼性に問題がある。By the way, solid type optical fibers used in the infrared wavelength band generally have a high refractive index and a large reflection loss at the light input end, which is disadvantageous for high power transmission. In particular, the conventional glassy optical fiber described above,
Generally, since the melting point and softening point are low, even a slight loss easily causes damage to the end face of the optical fiber. Moreover, it is difficult to transmit CO 2 laser light with a wavelength of 6 to 7 μm or less in most of the transmission region. A crystalline infrared fiber has a CO transmission range.
Some lasers have a wavelength band of 2 lasers up to 10.6 μm, but there are problems with long-term reliability such as plastic deformation caused by repeated bending and large deliquescent.
【０００９】一方、これまでに提案されている無機材料
を内装した中空導波路は、製作工程が複雑で量産には限
界があり、細径化や長尺化が困難である。前述した従来
の誘電体内装金属中空導波路では、内装する薄膜はスパ
タッリング法により形成されるので、その導波路の長さ
は製造装置に依存し、実際に製造される導波路の長さは
高々数ｍである。また導波路の内径は、最終工程でエッ
チング除去される母材パイプの外径になる。母材パイプ
は完全に除去されなければならず、そのため導波路の内
径を極めて小さくすることはできない。現状の導波路の
最小径は１mm程度である。導波路径が大きいほど機械的
に曲げにくく、また曲げ損失が増大するのに加え、多く
の高次モードのレーザ光が伝搬するので、集光特性が劣
化するという問題がある。On the other hand, the hollow waveguides containing the inorganic materials proposed so far have complicated fabrication steps and are limited in mass production, and it is difficult to reduce the diameter and length. In the above-mentioned conventional dielectric-containing metal hollow waveguide, since the thin film to be embedded is formed by the spattering method, the length of the waveguide depends on the manufacturing equipment, and the length of the actually manufactured waveguide is at most. It is several meters. Further, the inner diameter of the waveguide becomes the outer diameter of the base material pipe which is removed by etching in the final step. The preform pipe must be completely removed, so that the inner diameter of the waveguide cannot be made very small. The minimum diameter of the current waveguide is about 1 mm. The larger the diameter of the waveguide, the more difficult it is to bend mechanically, the bending loss increases, and since many high-order mode laser beams propagate, there is a problem that the condensing characteristics deteriorate.
【００１０】また、紫外波長帯においては、充実タイプ
の光ファイバでは短波長ほどレイリー散乱による損失が
急激に増加する。このため導波路の開発はほとんど行わ
れていないのが現状であるが、レイリー散乱が無視でき
る中空構造の導波路が有望と考えられる。In the ultraviolet wavelength band, the loss due to Rayleigh scattering sharply increases as the wavelength of the solid type optical fiber becomes shorter. For this reason, the waveguide is hardly developed at present, but a hollow-structured waveguide in which Rayleigh scattering can be ignored is considered promising.
【００１１】そこで本発明は、上記課題を解決し、石英
系光ファイバが使用できない光の波長帯において、低損
失で量産性に優れ、長尺あるいは細径化が容易で、しか
も長期的信頼性の優れた中空導波路およびその製造方
法、並びに当該中空導波路を用いた光伝送方法を提供す
ることにある。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, has a low loss and is excellent in mass productivity in a wavelength band of light in which a silica-based optical fiber cannot be used, and can easily be made long or thin, and has long-term reliability. To provide an excellent hollow waveguide, a manufacturing method thereof, and an optical transmission method using the hollow waveguide.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の中空導波路は、金属中空導波路の内壁に、伝
送する光の波長帯で透明でかつ耐熱性、耐久性の優れた
酸化ケイ素または窒化ケイ素を主成分とするケイ酸塩材
料または有機ポリシロキサン等のシロキサン材料による
誘電体膜を形成したことを特徴とする中空導波路であ
る。In order to achieve the above object, the hollow waveguide of the present invention is transparent to the inner wall of the metal hollow waveguide in the wavelength band of light to be transmitted, and has excellent heat resistance and durability. It is a hollow waveguide characterized in that a dielectric film made of a silicate material containing silicon oxide or silicon nitride as a main component or a siloxane material such as organic polysiloxane is formed.
【００１３】ここで、前記中空の金属導波路は、リン青
銅パイプまたはステンレスパイプ等の金属パイプまたは
これとは別の金属材料からなる金属薄膜を内壁面に設け
た金属パイプ、もしくはフッ素樹脂または石英ガラス等
の非金属パイプの内壁に少なくとも一種類の金属薄膜を
設けて形成されているものが好適である。Here, the hollow metal waveguide is a metal pipe such as a phosphor bronze pipe or a stainless pipe, or a metal pipe provided with a metal thin film made of a metal material other than the metal pipe on the inner wall surface, or a fluororesin or quartz. It is preferable that at least one kind of metal thin film is provided on the inner wall of a non-metal pipe such as glass.
【００１４】なお、前記金属パイプまたは非金属パイプ
の内壁に形成される金属膜は金、銀、銅、モリブデン若
しくはニッケルのいずれかであることが好ましい。The metal film formed on the inner wall of the metal pipe or the non-metal pipe is preferably made of gold, silver, copper, molybdenum or nickel.
【００１５】また、本発明の光伝送方法は、上記した中
空導波路の中空領域に、可視光および波長２μｍ以上の
赤外光とを重畳または切り替えて伝送させ、さらに空
気、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスまたは炭酸
ガスからなる気体を前記中空導波路内部に流入させるこ
とを特徴とする光伝送方法である。Further, in the optical transmission method of the present invention, visible light and infrared light having a wavelength of 2 μm or more are transmitted by being superposed or switched in the hollow region of the above-mentioned hollow waveguide, and further air, nitrogen gas and helium gas are transmitted. A method of transmitting light, characterized in that a gas such as an inert gas or carbon dioxide gas is caused to flow into the hollow waveguide.
【００１６】また、本発明の中空導波路の製造方法は、
中空の金属導波路の内部に溶媒で溶解したケイ酸塩材料
またはシロキサン材料の前駆体溶液を供給し、これを排
出することにより前駆体溶液の塗膜を形成した後、該塗
膜を加熱により乾燥、固化させて内壁にケイ酸塩または
シロキサン材料からなる誘電体層を形成することを特徴
とする中空導波路の製造方法である。The method of manufacturing the hollow waveguide of the present invention is
A precursor solution of a silicate material or a siloxane material dissolved in a solvent is supplied to the inside of a hollow metal waveguide, and a film of the precursor solution is formed by discharging the solution, and then the coating film is heated. A method of manufacturing a hollow waveguide, which comprises drying and solidifying to form a dielectric layer made of a silicate or siloxane material on an inner wall.
【００１７】ここで、加熱により乾燥、固化することに
よってケイ酸塩材料となる前駆体溶液としては、有機溶
媒にケイ素化合物、ガラス質形成剤及び有機バインダー
を加えて溶解した前駆体溶液、ケイ素のアルコキシドあ
るいはこれと他の金属アルコキシドとを任意の溶媒中で
加水分解による重縮合反応を行わせてコロイド粒子を生
成せしめた前駆体溶液、酸化ケイ素微粉末または窒化ケ
イ素微粉末を任意の溶媒に分散させた前駆体溶液、水ガ
ラスを酸処理してコロイド粒子にした前駆体溶液、有機
溶媒で希釈したポリシラザンの前駆体溶液を用いること
ができ、またシロキサン材料となる前駆体溶液として
は、有機ポリシロキサンの前駆体溶液を用いることがで
きる。Here, the precursor solution which becomes a silicate material by being dried and solidified by heating is a precursor solution obtained by adding a silicon compound, a glass forming agent and an organic binder to an organic solvent, and dissolving the precursor solution. Precursor solution, fine particles of silicon oxide or fine particles of silicon nitride dispersed in any solvent by polycondensation reaction of alkoxide or this and other metal alkoxide by hydrolysis in any solvent The obtained precursor solution, a precursor solution obtained by acidifying water glass into colloidal particles, or a precursor solution of polysilazane diluted with an organic solvent can be used. A siloxane precursor solution can be used.
【００１８】なお、ポリシラザンの前駆体溶液を用いる
場合には、中空の金属導波路の中空領域に空気、窒素ガ
スまたは酸素ガスを供給してポリシラザンを酸化もしく
は窒化させながら加熱により乾燥、固化させるように
し、ポリシラザン以外の上記した前駆体溶液を用いる場
合には、中空の金属導波路の中空領域に空気または不活
性ガスからなる乾燥ガスを供給しながら加熱により乾
燥、固化することが好ましい。When a polysilazane precursor solution is used, air, nitrogen gas, or oxygen gas is supplied to the hollow region of the hollow metal waveguide so that polysilazane is dried and solidified by heating while oxidizing or nitriding the polysilazane. When the above-mentioned precursor solution other than polysilazane is used, it is preferable to dry and solidify by heating while supplying a dry gas consisting of air or an inert gas to the hollow region of the hollow metal waveguide.
【００１９】また、中空の金属導波路内壁に前駆体溶液
の塗膜を形成する際、前駆体溶液を金属導波路の一端か
らポンプにより供給して充填した後、金属導波路の他端
から前記前駆体溶液を真空ポンプで排出して前記前駆体
溶液の塗膜を形成することが好ましい。When forming a coating film of the precursor solution on the inner wall of the hollow metal waveguide, the precursor solution is supplied from one end of the metal waveguide by a pump to fill the precursor solution, and then the other end of the metal waveguide is filled with the precursor solution. It is preferable to discharge the precursor solution with a vacuum pump to form a coating film of the precursor solution.
【００２０】また、前駆体溶液の粘度、固形分含有量及
び塗布速度を調整することはもちろん、前駆体溶液の充
填、排出からなる塗膜形成の工程から加熱による乾燥・
固化工程に至るまでの一連の工程を繰り返すことによ
り、所望の膜厚の誘電体層を形成することができる。In addition to adjusting the viscosity of the precursor solution, the solid content and the coating speed, the process of forming a coating consisting of filling and discharging the precursor solution is followed by drying by heating.
By repeating a series of steps up to the solidification step, a dielectric layer having a desired film thickness can be formed.
【００２１】このように、本発明の中空導波路によれ
ば、ケイ酸塩材料またはシロキサン材料を誘電体として
内装しているので、導波路内に伝送される光のほとんど
が中空領域を伝搬し、光が導波路内を伝搬する際にケイ
酸塩またはシロキサン材料による誘電体層で吸収される
光エネルギーの量はわずかであるため低損失で光伝送を
行うことができ、しかも高い耐熱性を有するため大電力
のレーザ光伝送に適している。As described above, according to the hollow waveguide of the present invention, since the silicate material or the siloxane material is incorporated as a dielectric, most of the light transmitted in the waveguide propagates in the hollow region. As the amount of light energy absorbed by the dielectric layer made of silicate or siloxane material is small when light propagates in the waveguide, light transmission can be performed with low loss and high heat resistance. Since it has, it is suitable for high power laser light transmission.
【００２２】そして、このような本発明の中空導波路で
あれば、空気、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガス
または炭酸ガスからなる気体を前記中空導波路内部に流
入させながら、波長２μｍ以上の赤外レーザ光に照射位
置を目視により確認するための可視光を重畳または切り
替えた光伝送が可能となる。According to the hollow waveguide of the present invention, a wavelength of 2 μm or more is introduced while allowing a gas made of an inert gas such as air, nitrogen gas, helium gas or carbon dioxide gas to flow into the hollow waveguide. It is possible to perform optical transmission by superimposing or switching visible light for visually confirming the irradiation position on the infrared laser light.
【００２３】また、本発明の中空導波路の製造方法によ
れば、中空の金属導波路の内部に溶媒で溶解したケイ酸
塩またはシロキサン材料の前駆体溶液を供給・充填し、
これを排出した後、加熱により乾燥、固化させることで
金属導波路の内壁にケイ酸塩またはシロキサン材料によ
る誘電体層が形成され、この誘電体層の厚さは、充填、
排出および乾燥の工程の回数、溶液粘度、固形分含有
量、塗布速度の製造条件によって任意にしかも精度よく
制御することができる。さらにこの製造方法は、可撓性
の優れた細径な導波路の製造にも適用でき、しかも形成
される導波路の長さは製造装置に依存せず長尺化も容易
である。According to the method for manufacturing a hollow waveguide of the present invention, a precursor solution of a silicate or siloxane material dissolved in a solvent is supplied and filled in the hollow metal waveguide,
After discharging this, by heating and drying and solidifying, a dielectric layer made of a silicate or siloxane material is formed on the inner wall of the metal waveguide, and the thickness of this dielectric layer is filled,
It can be controlled arbitrarily and accurately depending on the number of discharge and drying steps, solution viscosity, solid content, and coating speed. Furthermore, this manufacturing method can also be applied to the manufacture of a thin waveguide having excellent flexibility, and the length of the formed waveguide does not depend on the manufacturing apparatus and can be easily elongated.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。図１は本発明の中空導波路の
一実施形態を示す断面図である。同図に示すように、金
属導波路１と、この金属導波路１の内壁に設けられたケ
イ酸塩またはシロキサン材料からなる誘電体層２と、こ
の誘電体層２の内壁によって区画される中空領域３とで
誘電体内装金属中空導波路４が形成されている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the hollow waveguide of the present invention. As shown in the figure, a metal waveguide 1, a dielectric layer 2 made of a silicate or siloxane material provided on the inner wall of the metal waveguide 1, and a hollow defined by the inner wall of the dielectric layer 2. A dielectric-containing metal hollow waveguide 4 is formed in the region 3.
【００２５】中空導波路４内に入射される光（レーザ
光）は、中空領域３と誘電体層２との境界および誘電体
層２と金属導波路１との境界で反射を繰り返し伝搬す
る。ここで、金属導波路１は光学的に伝送特性に関与す
るだけでなく、中空導波路４の機械的強度を保つ働きも
している。したがって、低損失化のためには誘電体層２
に接する金属として、例えば銀や金のように複素屈折率
の絶対値が大きい金属が有効であるが、金属導波路１と
して銀や金などのパイプを用いることは、経済的、機械
的特性を考慮すると実用的ではない。The light (laser light) entering the hollow waveguide 4 is repeatedly reflected and propagated at the boundary between the hollow region 3 and the dielectric layer 2 and the boundary between the dielectric layer 2 and the metal waveguide 1. Here, the metal waveguide 1 not only optically participates in the transmission characteristics, but also functions to maintain the mechanical strength of the hollow waveguide 4. Therefore, in order to reduce the loss, the dielectric layer 2
A metal having a large absolute value of complex refractive index, such as silver or gold, is effective as a metal in contact with, but using a pipe of silver or gold as the metal waveguide 1 has economical and mechanical characteristics. It is not practical considering it.
【００２６】一般に、中空導波路４内を伝送するレーザ
光に対し、金属材料は光の吸収が大きいため、レーザエ
ネルギーは金属導波路１内に深く入り込むことはなく、
誘電体層２に接する金属層はその厚さがスキンデプス以
上あれば十分である。したがって、金属導波路１とし
て、安価で機械的特性の優れた厚肉の金属パイプの内壁
に、別の金属材料からなる複素屈折率の絶対値が大きい
金属薄膜をスキンデプス以上の厚さで形成した金属パイ
プを用いても良い。この場合、機械的強度を保つ厚肉の
金属パイプとしては、機械的曲げ特性の優れたリン青銅
パイプや、化学的に安定で内壁表面粗さの小さいパイプ
が安価に入手できるステンレスパイプが特に好適であ
る。またこれらのパイプ内壁に形成される別の金属材料
からなる金属薄膜には、複素屈折率の絶対値が特に大き
い金、銀、銅あるいは硬質で傷のつきにくいモリブデン
が特に好適である。本発明の中空導波路はこのような複
数の金属層からなる金属パイプに対しても有効である。In general, a metal material absorbs a large amount of light with respect to laser light transmitted through the hollow waveguide 4, so that laser energy does not deeply enter the metal waveguide 1.
It is sufficient that the metal layer in contact with the dielectric layer 2 has a thickness of skin depth or more. Therefore, as the metal waveguide 1, a metal thin film made of another metal and having a large absolute value of the complex refractive index is formed on the inner wall of a thick metal pipe that is inexpensive and has excellent mechanical properties, in a thickness of skin depth or more. You may use the said metal pipe. In this case, as the thick metal pipe that maintains the mechanical strength, a phosphor bronze pipe having excellent mechanical bending properties and a stainless steel pipe that is chemically stable and has a small inner wall surface roughness are particularly suitable. Is. Further, for the metal thin film formed of another metal material on the inner wall of these pipes, gold, silver, copper or hard and scratch-resistant molybdenum having a particularly large absolute value of complex refractive index is particularly suitable. The hollow waveguide of the present invention is also effective for a metal pipe composed of such a plurality of metal layers.
【００２７】また、上記したように誘電体層２に接する
金属層は、その厚さがスキンデプス以上あれば十分であ
るため、金属導波路１としては、上述の金属パイプある
いは金属薄膜内装金属パイプの代わりに、金属薄膜を内
装した非金属パイプを用いてもよい。この場合非金属パ
イプとしては、フッ素樹脂パイプや石英ガラスパイプが
特に好適である。フッ素樹脂パイプは可撓性や耐薬品性
に優れており、石英ガラスパイプは耐薬品性に優れてい
るだけでなく、内壁の表面粗さが極めて小さいので伝送
損失低減に有効である。ガラスパイプの機械的強度は、
ガラスパイプ外面に樹脂を塗布することにより飛躍的に
向上させることができる。これらの非金属パイプに内装
する金属薄膜は、前述した金属パイプの場合と同様に、
複素屈折率の絶対値が特に大きい金、銀、銅あるいは硬
質で傷のつきにくいモリブデンが特に好適である。光学
的にはこれらの金属薄膜が１層で十分であるが、金属層
の付着力を高めるため非金属パイプとこれら金属薄膜と
の間に例えばニッケル層等の金属膜を介在させることは
有効である。この場合、非金属パイプ内部に無電解のニ
ッケルめっき液を流入して排出することにより付着力の
優れたニッケル層を容易に形成できる。Further, as described above, the metal layer in contact with the dielectric layer 2 is sufficient if its thickness is at least skin depth. Therefore, the metal waveguide 1 or the metal thin film-containing metal pipe is used as the metal waveguide 1. Instead of, a non-metal pipe containing a metal thin film may be used. In this case, a fluororesin pipe or a quartz glass pipe is particularly suitable as the non-metal pipe. The fluororesin pipe is excellent in flexibility and chemical resistance, and the quartz glass pipe is not only excellent in chemical resistance but also effective in reducing transmission loss because the inner wall surface roughness is extremely small. The mechanical strength of glass pipe is
It can be dramatically improved by applying a resin to the outer surface of the glass pipe. Metal thin film to be installed in these non-metal pipes, as in the case of the metal pipe described above,
Gold, silver, copper or molybdenum, which is hard and does not easily scratch, which has a particularly large absolute value of complex refractive index, is particularly preferable. Optically, one metal thin film is sufficient, but it is effective to interpose a metal film such as a nickel layer between the non-metal pipe and these metal thin films in order to enhance the adhesion of the metal layer. is there. In this case, a nickel layer having excellent adhesiveness can be easily formed by inflowing and discharging an electroless nickel plating solution inside the non-metallic pipe.
【００２８】なお、金属パイプあるいは非金属パイプ内
壁に内装される金属膜の厚さは、上述した通り、スキン
デプス以上あれば十分であるが、あまり厚すぎると金属
薄膜の内部応力および線膨張係数の違いにより付着力の
低下を招く虞があるため、５０μｍ以下とすることが望
ましい。As described above, the thickness of the metal film provided on the inner wall of the metal pipe or the non-metal pipe is sufficient if it is equal to or larger than the skin depth, but if it is too thick, the internal stress and linear expansion coefficient of the metal thin film are increased. It is desirable that the thickness be 50 μm or less because there is a risk that the adhesive force will be reduced due to the difference in
【００２９】次に、誘電体層として用いられるケイ酸塩
またはシロキサン材料について説明する。これらの材料
には、低屈折率で紫外領域から赤外領域までの幅広い領
域で透明なものが存在する。このようなケイ酸塩または
シロキサン材料には、赤外波長帯で材料固有の吸収ピー
クが存在するが、これは波長に対して離散的に存在し、
例えばＥｒ−ＹＡＧレーザ、ＣＯレーザ、ＣＯ2 レーザ
などの実用上重要なレーザの発振波長を避けることがで
きる。赤外領域において、材料固有の吸収ピークを有す
る波長帯以外でもケイ酸塩またはシロキサン材料の吸収
係数はゲルマニウムや硫化亜鉛などの無機材料と比較す
れば大きい。しかし、充実タイプの光ファイバと異な
り、中空導波路は伝送されるレーザエネルギーのほとん
どが、損失の無い中空領域３に集中し、わずかに誘電体
層２に吸収されるだけなので、導波路の伝送損失は極め
て小さい。Next, the silicate or siloxane material used as the dielectric layer will be described. Some of these materials have a low refractive index and are transparent in a wide range from the ultraviolet region to the infrared region. Such a silicate or siloxane material has an absorption peak peculiar to the material in the infrared wavelength band, which exists discretely with respect to the wavelength,
For example, it is possible to avoid the oscillation wavelength of practically important laser such as Er-YAG laser, CO laser, and CO 2 laser. In the infrared region, the absorption coefficient of a silicate or siloxane material is larger than that of an inorganic material such as germanium or zinc sulfide even outside the wavelength band having an absorption peak peculiar to the material. However, unlike a solid-type optical fiber, most of the laser energy transmitted through the hollow waveguide is concentrated in the hollow region 3 where there is no loss, and is only slightly absorbed by the dielectric layer 2. The loss is extremely small.
【００３０】また、誘電体内装金属中空導波路では、内
装される誘電体層の屈折率が２1/2に近いほど伝送損失
が小さくなることが理論的に開示されている(A.Hongo,
K.Morosawa,T.Shiota,Y.Matsuura, and M.Miyagi, IEEE
J. Quantum Electron.,vol.26,1510,1990)。従来から
誘電体として用いられていたゲルマニウムの屈折率は
４、硫化亜鉛の屈折率は２．３であるのに対し、ケイ酸
塩またはシロキサン材料の屈折率は１．４５〜１．７程
度でより低損失な導波路を実現することができる。さら
に屈折率が低いということは、内装する誘電体層の膜厚
許容範囲が広くなり製作上有利である。Further, it is theoretically disclosed that in a dielectric-containing metal hollow waveguide, the transmission loss decreases as the refractive index of the dielectric layer to be installed approaches 2 1/2 (A. Hongo,
K. Morosawa, T. Shiota, Y. Matsuura, and M. Miyagi, IEEE
J. Quantum Electron., Vol.26, 1510, 1990). The refractive index of germanium, which has been conventionally used as a dielectric, is 4, and the refractive index of zinc sulfide is 2.3, whereas the refractive index of silicate or siloxane materials is about 1.45 to 1.7. It is possible to realize a waveguide with lower loss. Further, the low refractive index is advantageous in manufacturing because the dielectric layer to be incorporated has a wide allowable thickness range.
【００３１】さらにケイ酸塩またはシロキサン材料は高
い耐熱温度、耐久性を有する。前述のようにケイ酸塩ま
たはシロキサン材料による誘電体層中を伝搬するレーザ
エネルギーはわずかであるが、吸収されたレーザエネル
ギーは全て熱に変換されるので、特に本発明のような高
いレーザエネルギーの伝送路においては、耐熱性、耐久
性は重要である。ケイ酸塩またはシロキサン材料は、熱
変形や熱分解を起こすこと無く、また有害物質発生の懸
念が少ない。このようにケイ酸塩またはシロキサン材料
は、本発明の目的とするレーザ光の伝送路として好適な
材料である。Furthermore, the silicate or siloxane material has a high heat resistance temperature and durability. As described above, a small amount of laser energy is propagated in the dielectric layer made of the silicate or siloxane material, but since all the absorbed laser energy is converted into heat, a high laser energy such as that of the present invention is used. Heat resistance and durability are important in the transmission line. The silicate or siloxane material does not cause thermal deformation or thermal decomposition, and is less likely to cause harmful substances. As described above, the silicate or siloxane material is a material suitable as a laser light transmission line which is the object of the present invention.
【００３２】なお本実施の形態で説明した中空導波路で
は、ＣＯ2 レーザ光などにＨｅ−Ｎｅレーザなどの可視
光を重畳または切り替えて伝送させることが可能であ
る。これは目に見えないレーザ光を安全に目的物に照射
するために極めて有効である。さらに同時に乾燥させた
空気、窒素、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス等）、
炭酸ガスなどの気体を導波路内部に流入できるのは中空
導波路の大きな特長である。これらの乾燥ガスは導波路
内部への粉塵や水分の侵入を防止するだけでなく、導波
路の冷却にも効果がある。さらに例えば医療用において
は、レーザ光と同時に患部へ空気、窒素、炭酸ガスなど
を噴射する必要があり、別経路で導入することなく導波
路の中空構造を利用することができる。In the hollow waveguide described in the present embodiment, visible light such as He—Ne laser can be superposed on or switched to CO 2 laser light or the like for transmission. This is extremely effective for safely irradiating an invisible laser beam onto a target object. At the same time, dried air, nitrogen, inert gas (for example, helium gas, etc.),
A major feature of hollow waveguides is that gas such as carbon dioxide can flow into the waveguide. These dry gases not only prevent dust and moisture from entering the inside of the waveguide, but are also effective in cooling the waveguide. Further, for example, in medical applications, it is necessary to inject air, nitrogen, carbon dioxide gas, etc. to the affected area at the same time as the laser light, and the hollow structure of the waveguide can be used without introducing it through another path.
【００３３】次に、本発明の中空導波路の製造方法につ
いて説明する。ケイ酸塩またはシロキサン材料からなる
誘電体層は、任意の有機溶媒に溶解されたケイ酸塩また
はシロキサン材料の前駆体溶液を、金属導波路となるパ
イプの内部に供給した後に排出することにより塗膜を形
成した後、この塗膜を加熱により乾燥、固化することに
よりパイプ内壁に直接成膜することができる。その膜厚
は固形分含有量、粘度、塗布速度などの使用条件によっ
て制御することができる。内装されるパイプは、コイル
状にすることにより長尺化が容易である。Next, a method of manufacturing the hollow waveguide of the present invention will be described. The dielectric layer made of a silicate or siloxane material is applied by supplying a precursor solution of the silicate or siloxane material dissolved in any organic solvent into the pipe serving as the metal waveguide and then discharging the solution. After forming the film, this coating film can be dried by heating and solidified to form a film directly on the inner wall of the pipe. The film thickness can be controlled by the usage conditions such as solid content, viscosity and coating speed. The pipe to be installed can be easily elongated by forming it into a coil shape.
【００３４】図２は本発明の中空導波路の製造方法を示
す説明図であり、同図（ａ）は金属導波路内壁にケイ酸
塩材料の前駆体溶液の塗膜を形成する工程を示す説明
図、同図（ｂ）は前駆体溶液の塗膜を乾燥・固化する工
程を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a method of manufacturing a hollow waveguide of the present invention, and FIG. 2 (a) shows a step of forming a coating film of a precursor solution of a silicate material on the inner wall of a metal waveguide. Explanatory drawing, the same figure (b) is explanatory drawing which shows the process of drying and solidifying the coating film of a precursor solution.
【００３５】図２（ａ）に示すように、容器５内にケイ
酸塩材料の前駆体溶液６（例えば東京応化製ＯＣＤ）が
収容されている。このケイ酸塩材料の前駆体溶液６は、
ケイ素化合物にガラス質形成剤、有機バインダーを加
え、さらにこれらをアルコール、エステル、ケトンなど
からなる有機溶剤に溶解したものである。パイプ７は図
１で説明した金属導波路１に相当し、前述のように金属
パイプあるいは既に金属薄膜が内装されている非金属パ
イプ等が用いられる。本実施例では、内径７００μｍ、
外径８００μｍの石英キャピラリーの内壁に銀薄膜がコ
ートされているものを用いた。ケイ酸塩材料の前駆体溶
液６は送液ポンプ８によりパイプ７内部へ充填、排出さ
れこの工程によって、パイプ７の内壁にケイ酸塩材料の
前駆体溶液の塗膜が形成される。As shown in FIG. 2A, a container 5 contains a precursor solution 6 of a silicate material (for example, OCD manufactured by Tokyo Ohka). The precursor solution 6 of this silicate material is
A glass forming agent and an organic binder are added to a silicon compound, and these are further dissolved in an organic solvent composed of alcohol, ester, ketone and the like. The pipe 7 corresponds to the metal waveguide 1 described in FIG. 1, and as described above, a metal pipe or a non-metal pipe in which a metal thin film is already installed is used. In this embodiment, the inner diameter is 700 μm,
A quartz capillary having an outer diameter of 800 μm coated with a silver thin film on the inner wall was used. The precursor solution 6 of the silicate material is filled into and discharged from the inside of the pipe 7 by the liquid feed pump 8, and a film of the precursor solution of the silicate material is formed on the inner wall of the pipe 7 by this step.
【００３６】次に図２（ｂ）に示すように、ケイ酸塩材
料の前駆体溶液の塗膜が形成されたパイプ７を２００℃
程度に調節されている電気炉９の中に入れ、前駆体溶液
の塗膜の乾燥を行う。この際、乾燥が十分行われるよう
にパイプ７の内部には、真空ポンプ１０とガス流量計１
１とによって空気や窒素ガス、あるいはヘリウムガスな
どの不活性ガスからなる乾燥ガスを流す。Next, as shown in FIG. 2 (b), the pipe 7 on which the coating film of the precursor solution of the silicate material is formed is placed at 200.degree.
The coating film of the precursor solution is dried by placing it in an electric furnace 9 adjusted to a certain degree. At this time, the vacuum pump 10 and the gas flow meter 1 are installed inside the pipe 7 so that the drying is sufficiently performed.
A dry gas consisting of air, nitrogen gas, or an inert gas such as helium gas is caused to flow by 1 and.
【００３７】ケイ酸塩材料からなる膜が所望の膜厚にな
るまで、図２（ａ）と図２（ｂ）とで示した工程を数回
繰り返し、最後に４５０℃程度に再設定された電気炉９
により約１時間加熱して完全乾燥させることにより、パ
イプ７内にケイ酸塩材料の薄膜を有する中空導波路が形
成される。このケイ酸塩材料は多量の酸化ケイ素ガラス
（ＳｉＯ2 ）を含んでおり、耐熱性、耐久性が極めて高
い。The steps shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) were repeated several times until the film made of the silicate material had a desired film thickness, and finally the film was reset to about 450.degree. Electric furnace 9
Then, the hollow waveguide having the thin film of the silicate material is formed in the pipe 7 by heating for about 1 hour and completely drying. This silicate material contains a large amount of silicon oxide glass (SiO 2 ), and has extremely high heat resistance and durability.
【００３８】以上の説明では、パイプ７に内装されるケ
イ酸塩材料として、ケイ素化合物にガラス質形成剤、有
機バインダーを加え、さらにこれらを有機溶剤に溶解し
た前駆体溶液を用いた場合について説明した。ケイ酸塩
材料の薄膜は、このような前駆体溶液を用いる以外に
も、シリコンメトキシドやシリコンエトキシドなどのケ
イ素のアルコキシド、あるいはこれと他の金属アルコキ
シドをアルコールなどの適当な溶媒中で加水分解し、重
縮合反応を行わせてコロイド粒子にした前駆体溶液を用
い、これを高温加熱により乾燥、固化することによって
も形成することができる。さらに四塩化ケイ素の火炎加
水分解などで得られる非晶質の酸化ケイ素微粉を適当な
溶媒に分散させることによって、あるいはＫ2 Ｏ−Ｓｉ
Ｏ2 などの水ガラスの酸処理によってコロイド粒子にし
た前駆体溶液を用い、これを高温加熱により乾燥、固化
することによっても形成することができる。さらにパイ
プ７に内装されるケイ酸塩材料は、−Ｓｉ−Ｎ−を主鎖
とするポリシラザンをキシレンで希釈しこれをパイプ７
に供給、排出して塗膜を形成した後、、空気、窒素ガス
または酸素ガスの雰囲気のもと高温加熱して形成するこ
ともできる。この場合窒素ガスと酸素ガスの混合の割合
を調節することによって内装されるケイ酸塩材料の光学
定数を変化させることができる。In the above description, the case where a precursor solution in which a vitreous forming agent and an organic binder are added to a silicon compound and these are dissolved in an organic solvent is used as the silicate material to be installed in the pipe 7 is described. did. In addition to using such a precursor solution, a thin film of a silicate material may be obtained by hydrolyzing a silicon alkoxide such as silicon methoxide or silicon ethoxide, or another metal alkoxide in a suitable solvent such as alcohol. It can also be formed by using a precursor solution which is decomposed and subjected to a polycondensation reaction to form colloidal particles, which is dried and solidified by heating at high temperature. Further, amorphous silicon oxide fine powder obtained by flame hydrolysis of silicon tetrachloride or the like is dispersed in a suitable solvent, or K 2 O-Si
It can also be formed by using a precursor solution made into colloidal particles by acid treatment of water glass such as O 2 and drying and solidifying this by heating at high temperature. Further, the silicate material installed in the pipe 7 is prepared by diluting polysilazane having —Si—N— as the main chain with xylene.
It is also possible to form the coating film by supplying and discharging it to, and then heating at a high temperature in an atmosphere of air, nitrogen gas or oxygen gas. In this case, the optical constant of the contained silicate material can be changed by adjusting the mixing ratio of nitrogen gas and oxygen gas.
【００３９】また以上の説明では、酸化ケイ素ガラスま
たは窒化ケイ素ガラスを主成分としたケイ酸塩材料から
なる膜を内装誘電体層として用いた場合について説明し
たが、ケイ酸塩材料以外に、シリコーン樹脂、シリコー
ンゴムといった有機シロキサン材料を用いることもでき
る。シロキサン材料の場合も使用する材料の特性に応じ
て、図２（ｂ）の電気炉９の設定温度を適当に変えれば
同様に製作が可能である。シロキサン材料としては、例
えば有機ポリシロキサンのポリジメチルシロキサンを用
いることができ、その前駆体溶液（一例としてOhio Val
ley Special Chemical Inc. 製ＯＶ−１）はトルエン、
アセトン、n-ヘキサン、クロロフォルムなどの溶媒によ
って希釈され樹脂分含有量、粘度を調節したものを用い
れば良い。In the above description, the case where a film made of a silicate material containing silicon oxide glass or silicon nitride glass as a main component is used as the interior dielectric layer has been described. An organic siloxane material such as resin or silicone rubber can also be used. Also in the case of a siloxane material, similar manufacturing can be performed by appropriately changing the set temperature of the electric furnace 9 in FIG. 2B according to the characteristics of the material used. As the siloxane material, for example, polydimethylsiloxane which is an organic polysiloxane can be used, and its precursor solution (for example, Ohio Val
OV-1 manufactured by ley Special Chemical Inc. is toluene,
What was diluted with a solvent such as acetone, n-hexane, and chloroform, and whose resin content and viscosity were adjusted may be used.
【００４０】次に、本発明の実施の形態の作用について
説明する。図３に、本発明によるケイ酸塩またはシロキ
サン材料からなる誘電体内装銀中空導波路における内装
誘電体薄膜の膜厚と伝送損失との関係（実線）を示す。
横軸は内装誘電体の膜厚、縦軸は基本伝搬モードである
ＨＥ１１モードの伝送損失を表している。比較のため従
来のゲルマニウム内装銀中空導波路の場合（波線）も合
わせて示してある。但し、ここで伝送する光はＣＯ2 レ
ーザとし波長は１０．６μｍの場合を示した。また導波
路径は８００μｍとした。Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows the relationship (solid line) between the film thickness of the dielectric inner thin film and the transmission loss in the dielectric inner silver hollow waveguide made of the silicate or siloxane material according to the present invention.
The horizontal axis represents the film thickness of the internal dielectric, and the vertical axis represents the transmission loss in the HE11 mode which is the basic propagation mode. For comparison, the case of a conventional germanium-containing silver hollow waveguide (wavy line) is also shown. However, the case where the light transmitted here is a CO 2 laser and the wavelength is 10.6 μm is shown. The waveguide diameter was 800 μm.
【００４１】ゲルマニウムの屈折率は４であるのに対
し、ケイ酸塩またはシロキサン材料の屈折率は１．４５
〜１．７程度と低い。このため図３に示すように、ケイ
酸塩またはシロキサン材料を用いた誘電体内装銀中空導
波路の場合は、従来のゲルマニウム内装銀中空導波路と
比較して、内装する薄膜の膜厚に対する最低損失が約１
／３に低減される。さらに伝送損失は、内装する薄膜の
膜厚に対して周期的に変化するが、ケイ酸塩またはシロ
キサン材料を内装した場合には伝送損失の変化が緩やか
となり、製作上の薄膜の膜厚許容範囲を広くとることが
できる。同図よりＣＯ2 レーザ光を伝送させる場合に
は、ケイ酸塩またはシロキサン材料の膜厚が１〜１．５
μｍのとき伝送損失が最小値をとることがわかる。この
最適膜厚は、伝送するレーザ光の波長によってそれぞれ
異なるが、図３に示したＣＯ2 レーザ光の伝送に限ら
ず、ケイ酸塩またはシロキサン材料の吸収波長帯を除く
任意の波長に対しても同様に、伝送するレーザ光の波長
に応じて最適な膜厚に設定すれば、低損失な導波路が実
現可能である。Germanium has a refractive index of 4, whereas silicate or siloxane materials have a refractive index of 1.45.
It is as low as about 1.7. Therefore, as shown in FIG. 3, in the case of a dielectric-containing silver hollow waveguide using a silicate or siloxane material, the minimum thickness of the thin film to be installed is smaller than that of a conventional germanium-containing silver hollow waveguide. Loss is about 1
It is reduced to / 3. Furthermore, the transmission loss changes periodically with respect to the film thickness of the thin film to be installed, but when the silicate or siloxane material is installed, the change of the transmission loss becomes gradual, and the allowable range of the thin film thickness in manufacturing Can be widely used. From the figure, when transmitting CO 2 laser light, the film thickness of the silicate or siloxane material is 1 to 1.5.
It can be seen that the transmission loss takes the minimum value when μm. This optimum film thickness varies depending on the wavelength of the laser light to be transmitted, but is not limited to the transmission of the CO 2 laser light shown in FIG. 3, but for any wavelength except the absorption wavelength band of the silicate or siloxane material. Similarly, a low-loss waveguide can be realized by setting an optimum film thickness according to the wavelength of laser light to be transmitted.
【００４２】一般に本発明で使用するケイ酸塩またはシ
ロキサン材料は、赤外領域において材料固有の吸収損失
が存在する。一例としてCharles J.Pouchert, “The Al
drichLibrary of FI-IR Spectra ”,Edition 1,volume
1,p.1210,1985.（Aldrich chemical company出版）に掲
載されているポリジメチルシロキサンの吸収特性曲線を
図４に示す。この図からわかるように吸収特性曲線は、
波長３．３μｍ、８μｍ、９〜１０μｍ、１２．５μｍ
付近に大きな吸収ピークが存在する。このような吸収損
失が大きな波長帯では、誘電体薄膜を内装させても導波
路の低損失化には効果がない。In general, the silicate or siloxane material used in the present invention has a material-specific absorption loss in the infrared region. As an example, Charles J. Pouchert, “The Al
drichLibrary of FI-IR Spectra ”, Edition 1, volume
FIG. 4 shows the absorption characteristic curve of polydimethylsiloxane described in 1, p.1210,1985. (Published by Aldrich chemical company). As can be seen from this figure, the absorption characteristic curve is
Wavelength 3.3 μm, 8 μm, 9-10 μm, 12.5 μm
There is a large absorption peak in the vicinity. In such a wavelength band where the absorption loss is large, even if the dielectric thin film is incorporated, it is not effective in reducing the loss of the waveguide.
【００４３】しかしながら赤外領域において実用上重要
な光源とされるＥｒ−ＹＡＧレーザ、ＣＯレーザ、ＣＯ
2 レーザの発振波長帯である２．９４μｍ、５μｍ、１
０．６μｍには大きな吸収ピークは見られない。したが
ってこれらのレーザ光は低損失で伝送することができ
る。However, Er-YAG laser, CO laser, CO which are practically important light sources in the infrared region.
2 laser oscillation wavelength band 2.94 μm, 5 μm, 1
No large absorption peak is observed at 0.6 μm. Therefore, these laser lights can be transmitted with low loss.
【００４４】このように内装するケイ酸塩またはシロキ
サン材料からなる誘電体層の膜厚を波長に対して適宜設
定することにより、材料特有の吸収ピークの波長を除け
ば、紫外から赤外の広範囲な波長領域にわたり低損失導
波路の実現が可能である。By appropriately setting the film thickness of the dielectric layer made of the silicate or siloxane material to be installed in this manner with respect to the wavelength, except for the wavelength of the absorption peak peculiar to the material, a wide range from ultraviolet to infrared is obtained. It is possible to realize a low loss waveguide over a wide wavelength range.
【００４５】以上述べたように、本発明の中空導波路に
よれば、導波路内に伝送される光のほとんどが中空領域
を伝搬し、光が導波路内を伝搬する際にケイ酸塩または
シロキサン材料からなる誘電体層で吸収される光の量は
わずかであるため、低損失で光伝送を行うことができ
る。しかも、細径導波路に適用できるため可撓性に優れ
ている。As described above, according to the hollow waveguide of the present invention, most of the light transmitted in the waveguide propagates in the hollow region, and when the light propagates in the waveguide, silicate or Since the amount of light absorbed by the dielectric layer made of a siloxane material is small, optical transmission can be performed with low loss. Moreover, since it can be applied to a small-diameter waveguide, it is excellent in flexibility.
【００４６】また、本発明の中空導波路を用いた光伝送
方法によれば、紫外から赤外の広範囲な波長領域の光を
伝送できるため、紫外光または赤外光と可視光とを重畳
あるいは切り替えて伝送することができる。Further, according to the optical transmission method using the hollow waveguide of the present invention, since light in a wide wavelength range from ultraviolet to infrared can be transmitted, ultraviolet light or infrared light and visible light are superposed or It can be switched and transmitted.
【００４７】さらに、本発明の中空導波路の製造方法に
よれば、中空の金属導波路の中に溶媒で溶解したケイ酸
塩またはシロキサン材料の前駆体溶液を充填し、これを
排出した後乾燥、固化させることで金属中空導波路の内
壁にケイ酸塩またはシロキサン材料の誘電体層が容易に
形成され、この誘電体層の厚さは、充填、排出および乾
燥の工程の回数、溶液の粘度、固形分含有量、塗布速度
などの製造条件によって任意にしかも精度よく制御する
ことができる。さらにこの製造方法は、可撓性の優れた
細径な導波路の製造にも適用でき、しかも形成される導
波路の長さは製造装置に依存せず長尺化も容易となる。Further, according to the method of manufacturing a hollow waveguide of the present invention, a hollow metal waveguide is filled with a precursor solution of a silicate or siloxane material dissolved in a solvent, and the hollow metal waveguide is discharged and then dried. By solidifying, the dielectric layer of silicate or siloxane material is easily formed on the inner wall of the metal hollow waveguide, and the thickness of this dielectric layer depends on the number of filling, discharging and drying steps and the viscosity of the solution. It can be controlled arbitrarily and accurately depending on the manufacturing conditions such as the solid content and the coating speed. Furthermore, this manufacturing method can be applied to the manufacture of a thin waveguide having excellent flexibility, and the length of the formed waveguide does not depend on the manufacturing apparatus, and the length can be easily increased.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば次のよう
な優れた効果を発揮する。In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
【００４９】(1) 可視光ばかりでなく、石英系光ファイ
バが使用できない広い波長帯において、低損失にレーザ
光を伝送できる。(1) Not only visible light, but also laser light can be transmitted with low loss in a wide wavelength band where silica optical fibers cannot be used.
【００５０】(2) 耐熱性、耐久性に優れており、高いエ
ネルギーをもつレーザ光伝送用導波路に適している。(2) It has excellent heat resistance and durability and is suitable for a waveguide for transmitting laser light having high energy.
【００５１】(3) 導波路の細径化や長尺化が容易であ
り、量産性に優れている。(3) The waveguide can be easily reduced in diameter and length and is excellent in mass productivity.
【図１】本発明の中空導波路の一実施形態を示す断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a hollow waveguide of the present invention.
【図２】本発明の中空導波路の製造方法を示す説明図で
あり、（ａ）は金属導波路内壁にケイ酸塩材料の前駆体
溶液の塗膜を形成する工程を示す説明図、（ｂ）は前駆
体溶液の塗膜を乾燥・固化する工程を示す説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory view showing a method for manufacturing a hollow waveguide of the present invention, (a) is an explanatory view showing a step of forming a coating film of a precursor solution of a silicate material on an inner wall of a metal waveguide, b) is an explanatory view showing a step of drying and solidifying the coating film of the precursor solution.
【図３】本発明の中空導波路における内装誘電体層の膜
厚とレーザ光の伝送損失との関係を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the film thickness of an internal dielectric layer and the transmission loss of laser light in the hollow waveguide of the present invention.
【図４】本発明の中空導波路に誘電体層として使用され
るシロキサン材料の吸収特性の一例を示す説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of absorption characteristics of a siloxane material used as a dielectric layer in the hollow waveguide of the present invention.
１ 金属パイプ ２ ケイ酸塩またはシロキサン材料からなる誘電体層 ３ 中空領域 ４ 誘電体内装金属中空導波路 ５ 容器 ６ 前駆体溶液 ７ パイプ ８ 送液ポンプ ９ 電気炉 １０ 真空ポンプ １１ 流量計 1 Metal Pipe 2 Dielectric Layer Made of Silicate or Siloxane Material 3 Hollow Region 4 Dielectric-Containing Metal Hollow Waveguide 5 Container 6 Precursor Solution 7 Pipe 8 Liquid Transfer Pump 9 Electric Furnace 10 Vacuum Pump 11 Flowmeter
Claims (19)
波長帯で透明な誘電体層を内装した中空導波路におい
て、前記誘電体層が酸化ケイ素または窒化ケイ素を主成
分とするケイ酸塩材料であることを特徴とする中空導波
路。1. In a hollow waveguide in which a transparent dielectric layer in the wavelength band of transmitted light is provided on the inner wall of a hollow metal waveguide, the dielectric layer is mainly composed of silicon oxide or silicon nitride. A hollow waveguide characterized by being an acid salt material.
波長帯で透明な誘電体層を内装した中空導波路におい
て、前記誘電体層がシロキサン材料であることを特徴と
する中空導波路。2. A hollow waveguide in which an inner wall of a hollow metal waveguide is provided with a transparent dielectric layer in the wavelength band of transmitted light, wherein the dielectric layer is a siloxane material. Waveguide.
であることを特徴とする請求項２に記載の中空導波路。3. The hollow waveguide according to claim 2, wherein the siloxane material is an organic polysiloxane.
は金属パイプの内壁面に該金属パイプとは異なる材料の
金属薄膜を設けたものであることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の中空導波路。4. The hollow metal waveguide is characterized in that a metal pipe or a metal thin film made of a material different from that of the metal pipe is provided on an inner wall surface of the metal pipe.
Alternatively, the hollow waveguide according to claim 2.
テンレスパイプのいずれかであることを特徴とする請求
項４に記載の中空導波路。5. The hollow waveguide according to claim 4, wherein the metal pipe is either a phosphor bronze pipe or a stainless pipe.
の内壁に少なくとも一種類の金属薄膜を設けて形成され
ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の中空導波路。6. The hollow conductor according to claim 1, wherein the hollow metal waveguide is formed by providing at least one kind of metal thin film on an inner wall of a non-metal gold pipe. Waveguide.
ガラスのいずれかであることを特徴とする請求項６に記
載の中空導波路。7. The hollow waveguide according to claim 6, wherein the non-metallic pipe is made of either fluororesin or quartz glass.
に形成される金属膜は金、銀、銅、モリブデン若しくは
ニッケルのいずれかであることを特徴とする請求項４ま
たは請求項６に記載の中空導波路。8. The metal film formed on the inner wall of the metal pipe or the non-metal pipe is any one of gold, silver, copper, molybdenum, and nickel, according to claim 4 or 6. Hollow waveguide.
の中空領域に空気、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性
ガスまたは炭酸ガスからなる気体を流入させながら、可
視光および波長２μｍ以上の赤外光とを重畳または切り
替えて伝送させることを特徴とする光伝送方法。9. A visible light and a wavelength of 2 μm while flowing a gas made of an inert gas such as air, nitrogen gas, helium gas or carbon dioxide into the hollow region of the hollow waveguide according to any one of claims 1 to 8. An optical transmission method characterized in that the above infrared light is transmitted by being superimposed or switched.
剤及び有機バインダーを加えて溶解した前駆体溶液を中
空の金属導波路の中空領域に供給した後に排出すること
により前記中空の金属導波路内壁に前記前駆体溶液の塗
膜を形成した後、該塗膜を加熱により乾燥、固化するこ
とによって前記金属導波路の内壁にケイ酸塩材料からな
る誘電体層を形成することを特徴とする中空導波路の製
造方法。10. An inner wall of the hollow metal waveguide by supplying a precursor solution obtained by adding a silicon compound, a glass-forming agent and an organic binder to an organic solvent and dissolving the precursor solution, and then discharging the solution. After forming a coating film of the precursor solution on, the coating film is dried by heating and solidified to form a dielectric layer made of a silicate material on the inner wall of the metal waveguide. Method of manufacturing waveguide.
他の金属アルコキシドとを任意の溶媒中で加水分解によ
る重縮合反応を行わせてコロイド粒子を生成せしめ、こ
のコロイド粒子を含む前駆体溶液を中空の金属導波路の
中空領域に供給した後に排出することにより前記中空の
金属導波路内壁に前記前駆体溶液の塗膜を形成した後、
該塗膜を加熱により乾燥、固化して前記金属導波路の内
壁にケイ酸塩材料からなる誘電体層を形成することを特
徴とする中空導波路の製造方法。11. A silicon alkoxide or another metal alkoxide is subjected to a polycondensation reaction by hydrolysis in an arbitrary solvent to produce colloidal particles, and a precursor solution containing the colloidal particles is hollowed out. After forming a coating film of the precursor solution on the hollow metal waveguide inner wall by discharging after supplying to the hollow region of the metal waveguide,
A method for producing a hollow waveguide, characterized in that the coating film is dried and solidified by heating to form a dielectric layer made of a silicate material on an inner wall of the metal waveguide.
末を任意の溶媒に分散させた前駆体溶液を中空の金属導
波路の中空領域に供給した後に排出することにより前記
中空の金属導波路内壁に前記前駆体溶液の塗膜を形成し
た後、該塗膜を加熱により乾燥、固化して前記金属導波
路の内壁にケイ酸塩材料からなる誘電体層を形成するこ
とを特徴とする中空導波路の製造方法。12. A precursor solution in which a silicon oxide fine powder or a silicon nitride fine powder is dispersed in an arbitrary solvent is supplied to the hollow region of the hollow metal waveguide and then discharged to the inner wall of the hollow metal waveguide. After forming a coating film of the precursor solution, the coating film is dried and solidified by heating to form a dielectric layer made of a silicate material on the inner wall of the metal waveguide. Manufacturing method.
た前駆体溶液を中空の金属導波路の中空領域に供給した
後に排出することにより前記中空の金属導波路内壁に前
記前駆体溶液の塗膜を形成した後、該塗膜を加熱により
乾燥、固化して前記金属導波路の内壁にケイ酸塩材料か
らなる誘電体層を形成することを特徴とする中空導波路
の製造方法。13. A precursor solution obtained by acidifying water glass into colloidal particles is supplied to a hollow region of a hollow metal waveguide and then discharged to coat the inner wall of the hollow metal waveguide with the precursor solution. After forming a film, the coating film is dried by heating to be solidified to form a dielectric layer made of a silicate material on the inner wall of the metal waveguide.
の金属導波路の中空領域に供給した後に排出することに
より前記中空の金属導波路内壁に前記前駆体溶液の塗膜
を形成した後、該塗膜を加熱により乾燥、固化して前記
金属導波路の内壁にシロキサン材料からなる誘電体層を
形成することを特徴とする中空導波路の製造方法。14. A precursor solution of an organic polysiloxane is supplied to a hollow region of a hollow metal waveguide and then discharged to form a coating film of the precursor solution on an inner wall of the hollow metal waveguide, A method for producing a hollow waveguide, characterized in that the coating film is dried and solidified by heating to form a dielectric layer made of a siloxane material on the inner wall of the metal waveguide.
燥、固化する際、前記中空の金属導波路の中空領域に空
気または不活性ガスからなる乾燥ガスを供給することを
特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれかに記載
の中空導波路の製造方法。15. A drying gas comprising air or an inert gas is supplied to the hollow region of the hollow metal waveguide when the coating film of the precursor solution is dried and solidified by heating. The method for manufacturing a hollow waveguide according to any one of claims 10 to 14.
体溶液を中空の金属導波路の中空領域に供給した後に排
出することにより前記中空の金属導波路内壁に前記前駆
体溶液の塗膜を形成した後、前記中空の金属導波路の中
空領域に空気、窒素ガスまたは酸素ガスを供給しながら
前記塗膜を加熱により乾燥、固化して前記金属導波路の
内壁に前記ポシラザンを酸化もしくは窒化させたケイ酸
塩材料からなる誘電体層を形成することを特徴とする中
空導波路の製造方法。16. A polysilazane precursor solution diluted with an organic solvent is supplied to a hollow region of a hollow metal waveguide and then discharged to form a coating film of the precursor solution on the inner wall of the hollow metal waveguide. Then, air, nitrogen gas or oxygen gas is supplied to the hollow region of the hollow metal waveguide to dry and solidify the coating film by heating to solidify and oxidize or nitride the posilazane on the inner wall of the metal waveguide. A method for manufacturing a hollow waveguide, which comprises forming a dielectric layer made of an acid salt material.
からポンプにより供給して充填した後、前記金属導波路
の他端から前記前駆体溶液を真空ポンプで排出して前記
前駆体溶液の塗膜を形成することを特徴とする請求項１
０乃至請求項１６のいずれかに記載の中空導波路の製造
方法。17. The precursor solution is supplied from one end of the metal waveguide by a pump to fill the precursor solution, and then the precursor solution is discharged from the other end of the metal waveguide by a vacuum pump to remove the precursor solution. A coating film is formed, The coating film is formed.
A method for manufacturing a hollow waveguide according to any one of claims 0 to 16.
よる乾燥、固化に至るまでの一連の工程を繰り返すこと
により所望の膜厚の誘電体層を形成することを特徴とす
る請求項１０乃至請求項１７のいずれかに記載の中空導
波路の製造方法。18. A dielectric layer having a desired film thickness is formed by repeating a series of steps from formation of a coating film of the precursor solution to drying by heating and solidification. A method for manufacturing a hollow waveguide according to claim 17.
の金属材料からなる金属薄膜を内壁面に設けた金属パイ
プ、もしくは非金属パイプの内面に金属薄膜を内装した
パイプからなることを特徴とする請求項１０乃至請求項
１８のいずれかに記載の中空導波路の製造方法。19. The metal waveguide comprises a metal pipe or a metal pipe provided with a metal thin film made of another metal material on an inner wall surface, or a pipe in which a metal thin film is provided on the inner surface of a non-metal pipe. The method for manufacturing a hollow waveguide according to any one of claims 10 to 18.
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|---|---|---|---|
| JP31791195A JP3488770B2 (en) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | Hollow waveguide, manufacturing method thereof, and optical transmission method |
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|---|---|---|---|
| JP31791195A JP3488770B2 (en) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | Hollow waveguide, manufacturing method thereof, and optical transmission method |
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| JPH09159845A true JPH09159845A (en) | 1997-06-20 |
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| JP31791195A Expired - Fee Related JP3488770B2 (en) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | Hollow waveguide, manufacturing method thereof, and optical transmission method |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488770B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002281970A (en) * | 2001-01-17 | 2002-10-02 | Univ Osaka | Method for processing cell |
| JP2006011378A (en) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Hitachi Cable Ltd | Hollow waveguide and method of manufacturing same |
| JP2009009154A (en) * | 2004-05-21 | 2009-01-15 | Hitachi Cable Ltd | Hollow waveguide |
| WO2022024448A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 新光技研株式会社 | Optical fiber cable and manufacturing method therefor |
| CN114988690A (en) * | 2022-05-09 | 2022-09-02 | 华南理工大学 | Preparation method of multi-material optical fiber with fiber core made of solution |
-
1995
- 1995-12-06 JP JP31791195A patent/JP3488770B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2022024448A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 新光技研株式会社 | Optical fiber cable and manufacturing method therefor |
| CN114988690A (en) * | 2022-05-09 | 2022-09-02 | 华南理工大学 | Preparation method of multi-material optical fiber with fiber core made of solution |
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|---|---|
| JP3488770B2 (en) | 2004-01-19 |
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